Revisão sobre Aspectos Gerais da Composição Química da Madeira

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PAREDE CELULAR
TECNOLOGIA DA MADEIRA - ENF 355
COMPOSIÇÃO QUÍMICA ELEMENTAR:
COMPOSIÇÃO QUÍMICA -
ASPECTOS GERAIS
Não há diferenças consideráveis
entre a composição química
elementar de madeiras de
coníferas e folhosas, levando-se em
conta a madeira de diversas
espécies. 
CARBONO (C): 48-50% 
HIDROGÊNIO (H): 6% 
OXIGÊNIO (O): 44-45%
NITROGÊNIO (N): 0,1-1%
 
Composição química elementar em relação ao
peso seco da madeira:
Mesmo a composição elementar
da madeira não diferenciando de
forma considerável entre coníferas
e folhosas, abaixo há uma
composição química elementar
mais detalhada dessas madeiras:
Formada por substâncias
macromoleculares características
de todas as madeiras, a celulose, a
hemicelulose e a lignina. São os
constituintes primários da parede
celular (principais).
COMPOSIÇÃO QUÍMICA ESTRUTURAL:
ESTRUTURA COMPOSICIONAL PRESENTE NA PAREDE
CELULAR DE FIBRAS LIGNOCELULÓSICAS
Holecelulose (polioses): celulose + hemiceluloses,
compõem aproximadamente 75% da composição
química elementar. 
Celulose: A celulose tem alto peso molecular, é um
componente não fenólico e uniforme da madeira.
É um polímero empilhado, em cristais e também
com regiões amorfas.
A celulose é o principal constituinte das biomassas
vegetais, perfazendo aproximadamente a
metade da massa seca de qualquer madeira.
Trata-se de um polímero orgânico, linear e de
grau de polimerização elevado, formado
unicamente por monômeros de ß-D-glicose unidos
entre si por ligações do tipo ß-1-4.
A aproximação favorece a formação de ligações
de hidrogênio entre os grupos hidroxílicos
presentes na região equatorial dos monômeros de
glicose, formando assim regiões cristalinas devido
ao arranjo ordenado das cadeias glicosídicas. As
regiões cristalinas dão maior estabilidade à
molécula de celulose.
UNIDADE REPETIDORA DA CELULOSE
PAREDE CELULAR
TECNOLOGIA DA MADEIRA - ENF 355
COMPOSIÇÃO QUÍMICA -
ASPECTOS GERAIS
Hemiceluloses: . As hemiceluloses têm
baixo peso molecular em relação à
celulose e à lignina, é amorfa,
bidimensional e possui vários tipos de
carboidratos. 
As hemiceluloses são polímeros
ramificados com grau de
polimerização baixo e que funcionam
como um material de enchimento na
qual a celulose está imersa. São os
demais polissacarídeos estruturais
presentes na madeira. Trata-se de um
grupo heterogêneo de polioses. Por
não formarem regiões cristalinas, as
hemiceluloses tendem a serem mais
susceptíveis que a celulose às
degradações térmica, química e/ou
enzimática. Além disso, nas
hemiceluloses há maior
disponibilidade de grupos hidroxílicos
(OH) livres que formam sítios de
adsorção de água, tornando a
madeira mais higroscópica
Ligninas: Tem alto peso molecular, é
um componente fenólico,
tridimensional, termoplástico e
responsável pela resistência à
compressão das madeiras.
As ligninas pertencem a um grupo
heterogêneo de macromoléculas
tridimensionais, amorfas e ramificadas
que têm o fenil-propano como a
unidade básica e ligações do tipo
éter (C-O-C) e carbono-carbono (C-
C). 
É responsável pela rigidez da parede celular e
consequente resistência mecânica. De maneira
geral, as ligninas são os compostos mais estáveis
presentes na estrutura da madeira. Elas ficam
localizadas tanto na parede celular quanto na
lamela média, onde agem como agente
aglutinante nas fibras e entre fibras. Elas são os
últimos componentes incorporados na parede
durante o desenvolvimento das células vegetais.
A composição química estrutural das madeiras é
variável, principalmente no que diz respeito aos
teores de hemiceluloses, principalmente as xilanas
e mananas ("tipos de hemiceluloses"). As mananas
estão em maior quantidade nas coníferas e as
xilanas, em maior quantidade nas folhosas. A
lignina não varia muito em teor (%) entre
coníferas e folhosas, mas sim no tipo. A lignina
guaiacila está mais presente nas coníferas e a
siringila, nas folhosas. Há ainda maior
variabilidade na composição química de
madeiras tropicais. 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA MÉDIA DE MADEIRAS DE CLIMA TEMPERADO
MADEIRAS TROPICAIS DA AMÉRICA DO SUL – EUCALYPTUS X PINUS
Como os macros componentes químicos da madeira se
arranjam para formar a parede celular
Os macrocomponentes se arranjam de forma
ultraestrutural e várias camadas podem ser
reconhecidas. A parede celular é composta pela
celulose, hemicelulose e lignina, dispostas em
diferentes regiões/camadas.
ARRANJO
ULTRAESTRUTURAL DA
PAREDE CELULAR
PAREDE CELULAR
TECNOLOGIA DA MADEIRA - ENF 355
COMPOSIÇÃO QUÍMICA -
ASPECTOS GERAIS
As camadas da parede celular
podem ser divididas em lamela
média, parede primária, parede
secundária (composta pelas camadas
S1, S2 e S3) e camada verrugosa.
A camada S3 é a menos espessa na parede
secundária e o ângulo microfibrilar é maior,
variando de 50 a 90°. A camada verrugosa é
uma membrana delgada e amorfa composta por
celulose. 
LM = LAMELA MÉDIA; PR = PAREDE PRIMÁRIA; S1 =
CAMADA 1 DA PAREDE SECUNDÁRIA; S2 = CAMADA 2 DA
PAREDE SECUNDÁRIA; S3 = CAMADA 3 DA PAREDE
SECUNDÁRIA; V = CAMADA VERRUGOSA.
A lamela média une as fibras, como
uma argamassa. Ela não é
estruturada/organizada e não tem
angulação. É composta por lignina e
pectinas. 
A parede primária também não é
estruturada/organizada, as fibras
estão dispostas aleatoriamente. É
composta por celulose, hemiceluloses,
pectinas e proteínas. 
A parede secundária é composta por
celulose, hemicelulose e lignina. A
camada S1 tem uma espessura
intermediária em relação à camada
S2 e S3 e o ângulo microfibrilar varia
de 50 a 70°. A camada S2 é a mais
espessa dentre as 3 camadas que
compõem a parede secundária, ela
possui menor ângulo microfibrilar (10
a 30°) e maior resistência mecânica. 
TOPOQUÍMICA DOS CONSTITUINTES DA PAREDE CELULAR
EXTRATIVOS NA MADEIRA
Os extrativos são materiais de reserva (ácidos
graxos, gorduras, ceras, amidos, açúcares). As
graxas constituem as fontes de energia das
células da madeira. Os extrativos também têm a
função de proteção à ataques biológicos, de
organismos xilófagos (terpenoides, ácidos
resínicos e substâncias fenólicas) e também atuam
como hormônios vegetais (tepenoides). Os íons
metálicos fazem parte das enzimas, necessárias
para a catalisação na biossíntese de diferentes
componentes.
Extrativos de folhosas: Se encontram no cerne,
chamados extrativos de cerne, que são os
polifenois. Também se encontram nas células de
parênquima como material de reserva, que estão
localizados nas células de parênquima do raio
que estão conectadas aos vasos. Também existem
extrativos nas células do parênquima chamados
tiloses e sua composição é dada por: gorduras
(líquidas em temperatura ambiente) ceras (sólidas
em temperatura ambiente) e/ou esteroides.
PAREDE CELULAR
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA -
ASPECTOS GERAIS
Extrativos de coníferas: São os canais
de resina, formado por células
epiteliais secretam extrativos para o
interior da cavidade. Também
existem as oleoresinas, formadas 50%
por diterpenos, 20-30% por
monoterpenos, terpenóides e ésteres
de ácidos graxos. Nas coníferas
também se encontra polifenois no
cerne (extrativos de cerne) e
extrativos nas células do parênquima,
associados aos raios da madeira em
grande parte (95%), também na
forma de ésteres de ácidos graxos
(ceras e gorduras) e esteroides.
Os componentes minerais
predominantes nas madeiras são Ca,
K e Mg, mas também encontramos
Mg, Cu, Fe, Mn, Na, Al. Existem mais
minerais na casca do que na
madeira. 
Na madeira, encontram-se
predominantemente localizados na
parede primária, lamela média e em
células do parênquima. 
Os metais estão presentes na forma
de vários sais incluindo oxalatos,
fosfatos, silicatos, cloretos,
carbonatos. As enzimas têm afinidade
com metais e alguns deles estão
ligados a grupos de ácidos
carboxílicos da substância casca. São
prejudiciais no processo de produção
da celulose pois causam incrustações,
corrosão, perda de branqueabilidade
e impacto na qualidade do efluente
gerado, influenciando o rendimento, a
sustentabilidade e o custos do
processo. 
DÚVIDA SOBRE A CRISTALINIDADE DA
CELULOSE:A cristalinidade da celulose é influenciada pelo
número de ligações de hidrogênio. Quanto mais
ligações de H, maior o grau de organização da
molécula e, consequentemente, maior será a sua
cristalinidade. São regiões de grande
estabilidade das moléculas de celulose devido
ao grande número de ligações de hidrogênio
inter e intra-molecular e da formação de uma
cadeia linear. Quanto maior a cristalinidade,
menor será a reatividade da celulose (por isso
ela é insolúvel à maioria dos solventes orgânicos
comuns) e esses valores de cristalinidade
dependem do método de medição e da origem
da celulose. As regiões cristalinas são altamente
organizadas, emparelhadas e uniformes.