Composição Química da Madeira

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APONTAMENTOS DE 
TECNOLOGIA DOS PRODUTOS FLORESTAIS 
 
- COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA - 
 
 
 
 
 
 
MARIA EMÍLIA CALVÃO MOREIRA DA SILVA 
 
 
 
 
UTAD 
2010 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA _______________________________________________________________________________ 
 
 
 2 
 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA 
1 Introdução 
A composição química da madeira adquire uma importância muito significativa 
devido à sua influência nalgumas das propriedades definidoras da aptidão da madeira para 
determinados usos finais. É o caso da sua utilização na produção de pasta para papel, onde 
o processo de transformação e qualidade do produto final está dependente da composição 
química da matéria prima que lhe dá origem (PARHAM, 1982b), com especial destaque para o 
teor de extractivos e de lenhina que se encontram negativamente correlacionados com o 
rendimento em pasta (HILLIS, 1984; WALLIS et al., 1996). 
Também na utilização da madeira sólida, o teor de extractivos detêm um papel 
importante uma vez que está directamente relacionado com a durabilidade natural da 
madeira e, desta forma, poder condicionar o seu uso final. Por outro lado, teores elevados 
de celulose estão associados a uma maior resistência à tracção da madeira sólida enquanto 
que teores altos de lenhina aumentam a resistência à compressão (SCHNIEWIND e BERNDT, 1991; 
PEREIRA et al., 2003). 
PEREIRA et al. (2003) referem que os factores que controlam as propriedades da madeira 
são fundamentalmente o resultado da sua composição química a três níveis: 
 
- características químicas das moléculas dos componentes estruturais (constituintes da 
parede celular) e dos componentes extractivos; 
- distribuição dos diferentes componentes químicos na estrutura da parede celular; 
- proporção relativa dos componentes químicos nas células e nos diferentes tecidos que 
constituem a madeira. 
 
É a conjugação destes três aspectos que definirá as propriedades específicas da 
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madeira, estando a optimização da sua utilização final directamente relacionada com a sua 
composição química. 
Neste capítulo pretende-se fazer uma caracterização química da madeira de choupo, 
estudando alguns dos factores que possam induzir variação nessa composição. Assim, para 
além de uma revisão dos trabalhos publicados sobre a composição química da madeira de 
choupo e importância que estes aspectos adquirem na definição da sua qualidade e aptidão 
para determinados usos finais, apresentam-se os resultados das análises químicas efectua-
das à madeira dos diferentes clones estudados, dando especial ênfase ao estudo da variação 
do teor de extractivos entre árvores do mesmo clone e dentro da própria árvore. 
2 Composição química da madeira 
De acordo com PETTERSEN (1984), a composição química da madeira de determinada 
espécie, ou mesmo de determinada árvore, não pode ser definida com exactidão uma vez 
que ela varia com as diferentes partes da árvore (raízes, tronco, ramos e casca), com o tipo 
de lenho (normal ou de reacção) ou com as condições ambientais de crescimento (localiza-
ção geográfica, clima, tipo de solo, etc.). No entanto, genericamente, podem considerar-se 
dois grandes grupos de componentes químicos da madeira: os componentes estruturais e os 
componentes não estruturais ou extractivos (PEREIRA et al., 2003). O primeiro grupo engloba 
as substâncias macromoleculares que constituem a parede celular de todas as madeiras e 
cuja remoção da parede celular implica a utilização de processos químicos ou mecânicos 
com elevada quantidade de energia que alteram fundamentalmente as propriedades das 
células. Tais macromoléculas são: a celulose, as hemiceluloses e a lenhina. Do segundo 
grupo, o dos componentes não estruturais, fazem parte as substâncias de massa molecular 
pequena como os extractivos e substancias minerais, vulgarmente designadas por cinzas, e 
que se encontram no lúmen das células e nos espaços vazios existentes na estrutura da 
madeira, podendo ser removidos pela utilização de solventes de polaridade adequada 
(Figura 1). Este grupo de componentes não estruturais é mais específico de cada espécie no 
que diz respeito ao tipo e à quantidade dos compostos que abrange. 
 
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Substâncias de baixo peso molecular Substâncias macromoleculares
Compostos orgânicos Compostos inorgânicos Polissacáridos
Extractivos Cinzas Celulose Hemiceluloses
Lenhina
MADEIRA
 
FIGURA 1 - Esquema genérico dos componentes químicos da madeira (Adaptado de Fengel e Wegener 
1989) 
2.1 Componentes macromoleculares 
 A celulose 
A celulose é o principal componente da parede celular dos vegetais e o composto 
orgânico mais abundante da natureza. A celulose é um polímero linear de massa molecular 
elevada, constituído por unidades de β-D-glucose ligadas entre si através de uma ligação 
glicosidica entre os carbonos 1 e 4. Constitui, desta forma, uma estrutura em cadeia tal 
como está representado na Figura 2. 
 
 
FIGURA 2 - Estrutura molecular de um segmento de uma cadeias de celulose com a representação das liga-
ções que se estabelecem entre os carbonos 1 e 4 (Adaptado de Sjöström e Westermark, 1999) 
 
É a sua estrutura linear e o tipo de ligações entre as unidades de glucose que confe-
rem à molécula de celulose algumas das suas propriedades mais importantes, como a ele-
vada rigidez e resistência à tracção. Na superfície das cadeias de celulose, por cada unidade 
de glucose existem três grupos hidroxilo - grupos OH – que funcionam como locais de 
ligação, através de pontes de hidrogénio, entre moléculas de glucose dentro de cada cadeia 
de celulose (ligações intramoleculares) e entre cadeias de celulose (ligações 
intermoleculares), resultando uma associação lateral forte entre moléculas de celulose 
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(Figura 3). Este conjunto de cadeias de celulose, ligadas entre si, formam as fibrilas que se 
agrupam em microfibrilas sendo nesta forma de agregação que a celulose integra a parede 
celular. 
O número de moléculas de glucose que compõem uma molécula de celulose (grau de 
polimerização) pode variar entre 7 000 a 15 000 unidades (GOLDSTEIN, 1991). De acordo com 
GORING e TIMELL (1962, citado por FENGEL e WEGENER, 1989), a Populus tremuloides é das espé-
cies com maior grau de polimerização, apresentando cerca de 10 300 moléculas de glucose 
por molécula de celulose. 
Pontes de hidrogénio
Forças van der Waalss 
 
 
FIGURA 3 - Esquema da organização das moléculas de celulose. Num mesmo plano há ligações por pontes 
de hidrogénio entre e dentro das moléculas de celulose e, entre planos, ligações por forças de 
van der Waals (Adaptado de Pereira et al., 2003). 
 
 
 
Estudos de difracção por raios-X e microscopia de polarização mostraram que parte 
das cadeias de celulose se encontram perfeitamente ordenadas e paralelas entre si, for-
mando um sistema uniforme com arranjo cristalino. Noutras zonas, dispõem-se de um 
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modo desordenado com um arranjo irregular. As primeiras zonas, de arranjo cristalino, são 
designadas regiões cristalinas e as segundas são designadas regiões amorfas (Figura 4). A 
dimensão destas regiões cristalinas varia com a origem da celulose. De acordo com FUJITA e 
HARADA (1991) o diâmetro das regiões cristalinas no Populus euramericana é de 2,2 nm, parao lenho normal, enquanto que no lenho de reacção ele pode atingir 4,1 nm. Já para o Pinus 
densiflora, referem valores de 2,02 nm e para a Valonia de 14,3 nm. 
Apesar do grau de cristalinidade da celulose variar também segundo a sua origem, é 
no estado cristalino que a maior parte dela se encontra nas fibrilas. Segundo FENGEL e 
WEGENER (1989) cerca de 60% a 70% da celulose da pasta obtida da madeira está sob esta 
forma. 
}REGIÃOAMORFA REGIÃOAMORFA}
} }
REGIÃO CISTALINA
30-60 nm
 
FIGURA 4 - Modelo de uma microfibrila de celulose com regiões cristalinas intercaladas com regiões 
amorfas (Adaptado de Pereira et al., 2003). 
 As hemiceluloses 
Na parede celular existe um outro grupo de polissacáridos denominado hemicelu-
loses. Os principais constituintes das hemiceluloses são cinco açúcares neutros, três 
hexoses (glucose, manose e galactose) e duas pentoses (xilose e arabinose) podendo, oca-
sionalmente, algumas delas incluir ácidos urónicos, α-L-ramnose e α-L-fucose em muita 
pequena quantidade (FENGEL e WEGENER, 1989, PEREIRA et al., 2003). O grau de polimerização 
destes polissacáridos é muito menor do que o da celulose, formando cadeias constituídas 
por 100 a 200 unidades de açúcar (GOLDSTEIN, 1991). Na Figura 5 estão representados os 
principais monossacáridos que constituem as hemiceluloses. 
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 7 
 
FIGURA 5 - Fórmulas estruturais dos principais monossacáridos das hemiceluloses (adaptado de Pereira et 
al., 2003) 
 
Ao contrário da celulose, as hemiceluloses não são cristalinas e têm um arranjo em 
geral amorfo, encontrando-se as moléculas dos açúcares dispostas em cadeias com algumas 
ramificações (Figura 6). 
Existem diferenças entre as hemiceluloses das resinosas e folhosas, quer ao nível da 
quantidade com que estão presentes nestas madeira (as folhosas têm teores mais elevados 
de hemiceluloses do que as resinosas), quer ao nível do tipo de açúcares que as constituem. 
Nas resinosas, os açúcares mais abundantes das hemiceluloses são, por ordem decrescente 
de abundância, a manose, a xilose, a glucose e a arabinose, formando essencialmente hemi-
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celuloses galactoglucanas (O-acetil-4-galactoglucomananas) e algumas xilanas (arabino-4-
O-metilglucuronoxilanas), enquanto que no caso das folhosas a ordem é diferente sendo a 
xilose o açúcar que existe em maior quantidade, seguida da manose, glucose, galactose e 
em muito pequenas quantidades a arabinose e a ramnose, formando principalmente 
hemiceluloses xilanas (O-acetil-4-O-metilglucuronoxilanas) e, em menor quantidade, 
glucomananas (GOLDSTEIN, 1991 e PEREIRA et al., 2003). 
 
A
 
B
 
 
 
FIGURA 6 - Estrutura molecular de duas hemiceluloses. A – Xilanas B – Glucomananas (adaptado de Fengel 
e Wegener, 1989) 
 
Na parede celular, as hemiceluloses exercem o papel de matriz de suporte das micro-
fibrilas, tendo aparentemente uma distribuição uniforme por toda a parede (PARHAM, 1982b). 
 A lenhina 
A seguir à celulose, a lenhina é o componente macromolecular mais abundante e 
importante das células vegetais, correspondendo a cerca de 20-30% da parede celular da 
madeira (PEREIRA et al., 2003). 
A lenhina forma-se a partir da oxidação (por perda de um electão) e subsequentes 
reacções de polimerização de três monómeros fenilpropanos, o p-álcool cumarílico, álcool 
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coniferílico e o álcool sinapílico (Figura 7). O anel aromático destes álcoois é denominado 
respectivamente por p-hidroxifenil (H), guaiacil (G), e siringil (S) estando cada um deles na 
base dos diferentes tipos de lenhina. 
 
OH
CH
CH
CH OH2
OH
CH
CH
CH OH2
OCH3
OH
CH
CH
CH OH2
OCH3H CO3
p - Álcool cumarílico Álcool coniferílico Álcool sinapílico 
FIGURA 7 - Estruturas química das unidades percursoras da lenhina (Adaptado de Fengel e Wegener, 
1989) 
 
A proporção dos diferentes monómeros existente na construção da macromolécula de 
lenhina depende do tipo de madeira. Efectivamente, existem diferenças neste composto 
entre resinosas e folhosas, sendo que as resinosas possuem lenhina formada com base no 
álcool coniferílico (G-lenhina) enquanto que nas folhosas a lenhina tem por base os álcoois 
coniferílico e sinapílico (GS-lenhina) (PEREIRA, et al. 2003). 
As moléculas de lenhina têm um arranjo estrutural complexo e totalmente distinto dos 
polisacáridos, consistindo num sistema aromático composto por unidades de fenilpropano 
ligados a grupos metoxílicos ou hidroxilicos (PETTERSEN, 1984). Do ponto de vista morfoló-
gico ela é uma substância amorfa, tridimensional e, em média, isotrópica. 
Para além das diferenças estruturais entre a lenhina de resinosas e folhosas existem 
diferenças a nível da quantidade com que a lenhina está presente nos dois tipos de madeira. 
De facto, as resinosas apresentam maior quantidade de lenhina do que as folhosas. Segundo 
PARHAM (1982b) 25% a 35% do xilema de resinosas é composto por lenhina enquanto que nas 
folhosas os teores rondam os 15% a 25%. Na Figura 8 são apresentados dois modelos de 
moléculas de lenhina para resinosas (A) e para a folhosas (B). 
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 10 
A
 
 
B
 
 
 
 
FIGURA 8 - Estruturas moleculares da lenhina de: A - Picea abies de acordo com Adler, 1977 
B - Fagus sp. de acordo com Nimz, 1974 (Adaptado de Fengel e Wegener, 1989). 
 
Durante o desenvolvimento das células, a lenhina é o último componente estrutural a 
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ser incorporado na parede celular, servindo de material agregador das fibrilas e das próprias 
fibras. Como resultado da sua estrutura química, a lenhina é um polímero rígido e duro com 
fortes ligações covalentes constituindo uma estrutura a três dimensões que confere rigidez e 
coesão à parede celular e resistência à compressão à madeira (PEREIRA et al., 2003). 
 Distribuição dos componentes macromoléculares na parede celular 
Não é só a constituição química da parede celular que determina as suas proprieda-
des. O modo como os componentes estruturais se distribuem nas diferentes camadas que a 
compõem, bem como o ângulo que as microfibrilas de celulose da camada S2 apresenta (a 
resistência mecânica da madeira à tracção está directamente relacionada com o maior ou 
menor ângulo das microfibrilas nesta camada da parede celular), é igualmente importante 
na definição dessa propriedades. Na Figura 9 é apresentado um modelo estrutural da parede 
celular, onde é possível ver as camadas que a constituem e o ângulo com que as 
microfibrilas se dispõem em cada uma dessas camadas. 
 
FIGURA 9 - Modelo estrutural da parede celular. LM – lamela média; P – parede primária; S1+S2+S3 – 
parede secundária (Adaptado de Fengel e Wegener, 1989) 
 
A nível da composição química, a parede primária, conjuntamente com a lamela 
média, é a que apresenta maior concentração de lenhina e menor de celulose sendo, por 
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oposição, a S2 e S3 aquelas que apresentam, no seu conjunto, maiores teores de celulose e 
menores de lenhina. De acordo com FENGEL E WEGENER (1989), a composição química da 
parede dos traqueídos da picea pode ser distribuída do seguinte modo:parede primária e 
lamela média – 60% lenhina, 14% celulose e 27% de hemicelulose; camada S1 - 29% lenhina, 
36% celulose e 36% de hemicelulose; camadas S2 e S3 - 27% lenhina, 58% celulose e 15% de 
hemicelulose. 
A organização e interligação dos componentes estruturais na parede celular está 
esquematicamente representada na Figura 10, sendo possível ver que a lenhina, ao ser o 
último componentes incorporado na parede, envolve exteriormente os outros compostos 
não estabelecendo ligações directas com a celulose mas sim com as hemiceluloses. 
 
 
FIGURA 10 - Modelo estrutural representando a associação da celulose, hemicelulose e lenhina na parede 
celular. A - Plano transversal. B - Plano longitudinal (Adaptado de Fengel e Wegener , 1989) 
2.2 Componentes de massa molecular pequena 
O grupo de constituintes da madeira de massa molecular pequena podem ser dividi-
dos em substâncias inorgânicas e substâncias orgânicas (FENGEL e WEGENER , 1989). 
O primeiro grupo (substâncias inorgânicas) é formado pelos componentes minerais da 
madeira surgindo normalmente na forma de cinzas. Nas madeiras dos climas temperados 
estas substâncias são predominantemente constituídas por potássio, cálcio e magnésio, 
enquanto que nas madeiras tropicais podem ocorrer em maior quantidade outros elementos 
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como por exemplo o silício. De acordo com TSOUMIS (1991) o conteúdo de cinzas raramente 
é menor que 0,2% ou maior que 1% da massa seca da madeira. 
O segundo grupo é constituído pelas substâncias orgânicas, vulgarmente designadas 
por extractivos. Estas substâncias encontram-se acumuladas nas células de parênquima, nos 
canais secretores e em concentrações muito pequenas na lamela média, nos espaços inter-
celulares e na parede das células, sem fazerem parte dos componentes estruturais da parede 
celular (FENGEL e WEGENER, 1989; HILLIS, 1987). Por esse motivo, os extractivos podem ser mais 
ou menos facilmente removidos da madeira através de solventes polares ou não polares, 
sem prejuízo para as características mecânicas da madeira (FENGEL e WEGENER, 1989, RIO et al., 
1998). 
Existem vários tipos de extractivos já isolados e identificados em diferentes madeiras, 
sendo muitas vezes utilizados na classificação taxonómica da família, género ou mesmo 
espécie (HILLIS, 1987; HILLIS e SUMIMOTO, 1989). Tais compostos são: terpenos, aromáticos, 
ácidos alifáticos ou outros como o amido, mono e dissacáridos, aminas e etileno. 
O teor de extractivos pode variar entre 0% a 20% da massa seca da madeira, constitu-
indo até 8% da massa seca de madeiras de espécies de climas temperados e até 20% de 
madeiras de espécies de climas tropicais (TURGILHO et al., 1996). A sua composição e quanti-
dade varia não só com o género como com a espécie mas também dentro da espécie, de 
árvore para árvore ou mesmo dentro da própria árvore com a posição no tronco. De facto, 
em geral, verifica-se uma maior concentração de extractivos na parte central do tronco das 
árvores correspondendo à região do cerne. GOMINHO et al. (2001) referem, para o eucalipto 
híbrido urograndis, com 5-6 anos de idade, um teor de extractivos médio de 3,7% no borne 
enquanto que no cerne esse teor aumenta para 7,6%. Para o Eucalyptus globulus, GOMINHO 
(2003) encontrou valores de 7,2% de extractivos no cerne e 4,4% no borne para um dos locais 
estudados e para o nível de 25% de altura das árvores. Também WANG e HUFFMAN (1982) 
encontraram para a Eucalyptus grandis teores de extractivos maiores no cerne (5,1%) do que 
no borne (4,9%). Já VALLEJO et al. (2001), referem para o clone de choupo I-214 a não existên-
cia de diferenças significativas no teor de extractivos entre as duas partes do tronco (cerne e 
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 14 
borne). 
Axialmente, e tal como referem diferentes trabalhos dos quais são exemplo os de 
PEREIRA e SARDINHA (1984) para a Eucalyptus globulus, GOMINHO et al. (2001) e GOMINHO (2003) 
para a Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, verifica-se uma diminuição da quanti-
dade de extractivos da base para o topo da árvore. Para PEREIRA e SARDINHA (1984) esta varia-
ção está também relacionada com a presença de cerne, uma vez que nos níveis inferiores do 
tronco a percentagem de cerne é superior à de borne. VALLEJO et al. (2001) não encontraram 
diferenças significativas no teor de extractivos em dois níveis de altura de árvores de vários 
clones de choupo, entre os quais se encontrava o I-214. 
3 Influência da composição química nas propriedades e utilização da 
madeira 
A relação entre a composição química da madeira e a sua utilização tem sido bastante 
estudada no caso da utilização da madeira para a produção de pasta para papel, embora ela 
seja também determinante noutros tipos de uso. De facto, a durabilidade natural, a trabalha-
bilidade, a cor, a resistência mecânica, a higroscopicidade, o poder energético e grande 
parte das características físico-mecânicas da madeira são mais ou menos determinadas pela 
qualidade e proporção relativa dos diferentes componentes na sua estrutura. Tal como 
refere ROWELL (1990), só conhecendo as características dos componentes da madeira e do 
papel que cada um exerce nas suas propriedades, é possível dar à madeira a utilização mais 
conveniente explorando todo o seu potencial. 
A celulose, com a sua estrutura linear e arranjo nas microfibrilas, é o principal 
responsável pela elevada resistência axial da madeira à tracção. As hemiceluloses e a 
lenhina ao servirem de agregadores das moléculas de celulose dão consistência à parede 
celular conferindo à madeira elasticidade e resistência à compressão (TSOUMIS, 1991). Experi-
ências com bétula e choupo mostraram que a remoção da lenhina reduz a resistência à trac-
ção e compressão axiais para valores de apenas 10 a 20% relativamente aos valores de 
resistência normais dessas madeiras (KLAUDITZ, 1952 citado por TSOUMIS, 1991). Também 
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HILDEBRANDT (1960 citado por ZOBEL e VAN BUIJTENEN, 1989) refere que quanto maior for o teor de 
lenhina presente na madeira, maior será a sua resistência ao esmagamento, tornando-se, no 
entanto, mais quebradiça. Por outro lado, a resistência à tracção, à ruptura e ao choque 
diminui com o aumento do teor de lenhina. O mesmo autor afirma que a produção de 
lenhina é favorecida pelos climas quentes, razão pela qual as madeiras tropicais são mais 
ricas em lenhina. 
Outro exemplo do papel da lenhina nas propriedades da madeira é dado por PANSHIN e 
DE ZEEUW (1970) quando referem que apesar da Sequoia sempervirens apresentar uma densi-
dade relativamente reduzida (0,380 g/cm3) ela consegue ter, comparativamente a outras 
espécies, uma elevada resistência à compressão devido ao alto teor de lenhina e de extracti-
vos (nomeadamente taninos) presentes na sua constituição química. 
A higroscopicidade da madeira, uma das suas principais propriedades responsável 
pelas variações dimensionais que a madeira sofre durante o seu uso, tem origem na sua 
composição química, mais propriamente nos grupos hidroxilo livres existentes nas molé-
culas de celulose. De facto, é através destes grupos funcionais que as moléculas de água 
estabelecem ligações com a madeira, permitindo trocas de humidade com o meio ambiente 
e obrigando a madeira a aumentar ou diminuir de dimensões conforme ganha ou perde 
humidade. Também a presença de componentes hidrófilos como as pectinas e as hemice-
luloses contribuem para o aumento da higroscopicidade da madeira.A lenhina, por seu lado, ao ser o componente da madeira menos hidrófilo e ao ocupar 
os espaços vazios que poderiam ser ocupados pelas moléculas de água, contribui para a 
estabilidade dimensional da madeira. As paredes celulares com baixos teores de lenhina 
sofrem retracções mais intensas do que as mais lenhificadas (WARDROP, 1957). 
O teor de extractivos tem igualmente um efeito profundo nas propriedades da madeira 
sendo um dos responsáveis pelas diferentes características que as madeiras de diferentes 
espécies apresentam. Por exemplo, a durabilidade natural da madeira está intimamente 
relacionada com a toxicidade dos extractivos nela existentes. Alguns extractivos causam 
erosão e corrosão nas ferramentas ou interferem na colagem e acabamento final de alguns 
trabalhos, como por exemplo, na elaboração de painéis de aglomerados de partículas. 
Todo o processo e economia relacionado com a produção de pasta é altamente influ-
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enciado pela quantidade e tipo de extractivos presentes na madeira. De facto, a par da 
densidade, o teor de extractivos é um dos parâmetros mais importante na determinação do 
rendimento em pasta, uma vez que uma elevada quantidade destes componentes provoca 
um aumento do consumo de reagentes, diminui a taxa de deslinhificação da madeira, altera 
a sua cor e diminui o rendimento em pasta (HIGGINS, 1984; HILLIS, 1984; PEREIRA, 1988; HILLIS e 
SUMIMOTO, 1989; CAMPBELL et al., 1990). Por outro lado pode criar problemas técnicos no 
equipamento utilizado (TSOUMIS, 1991, RIO et al., 1998). No entanto, GOMINHO (2003), num 
trabalho com Eucalyptus globulus e com um híbrido E. grandis x E. urophylla onde foca as 
relações existentes entre teor de extractivos e rendimento em pasta, concluí que, apesar da 
madeira de borne registar maior rendimento em pasta que a madeira de cerne, de uma 
maneira geral a relação entre as duas características é fraca e não encontrou relação do teor 
de extractivos com o grau de brancura da pasta. 
Já para utilizações de madeira em estruturas ou aplicações exteriores, um teor elevado 
de extractivos pode ter vantagens na medida em que, regra geral, corresponde a um 
aumento da durabilidade da madeira. 
 
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