Espectroscopia no infravermelho próximo no estudo de características da madeira e papel de Pinus taeda L.

Orientadora: Graciela Inés Bolzon de MunizTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciencias Agrárias, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 2005Inclui bibliografia e anexosÁrea de concentraçao: Tecnologia e utilizaçao de produtos florestaisRESUMO: As muitas aplicações práticas da madeira e seu significado para as ciências levaram a um grande interesse na sua estrutura. Avanços tecnológicos conduziram à aplicação de vários métodos não destrutivos e rápidos nas pesquisas com madeira, entre os quais a espectroscopia no infravermelho próximo, que é a medição do comprimento de onda e intensidade de absorção de luz infravermelha próxima realizada por uma amostra, sendo útil para processar grande número de amostras em pouco tempo, com resultados bem próximos aos obtidos em técnicas convencionais de laboratório que, na maioria das vezes, são demorados. O presente trabalho objetivou avaliar o uso da espectroscopia no infravermelho próximo no estudo de características da madeira e do papel a partir de clones de Pinus taeda L. em sete idades entre 10 anos e 7 meses e 17 anos e 9 meses, provenientes de plantios comerciais da região de Três Barras, SC. A densidade básica da madeira, as características morfológicas das fibras, propriedades físicas e mecânicas do papel foram determinadas pelos métodos convencionais de laboratório e correlacionadas com os espectros obtidos diretamente da face radial de cubos de madeira, com dimensões de 2x2x2cm, em equipamento de infravermelho próximo de marca FemWim900, de fabricação nacional. As melhores correlações na calibração e predição dos dados foram obtidas para a densidade básica da madeira e comprimento dos traqueóides axiais. A calibração para a densidade da madeira forneceu uma correlação de 0,87 com um erro de 0,012g/cm3, sendo que na validação a correlação foi de 0,78 com um erro de 0,016g/cm3 e na predição da propriedade com amostras externas obteve-se um erro de 0,018g/cm3. Para o comprimento dos traqueóides a correlação na calibração foi de 0,73 com um erro de 0,4mm e na validação externa apresentou uma correlação de 0,65 e um erro de 0,5mm. Em virtude da variação existente entre as características analisadas nas diferentes idades ser próxima do erro cometido na medida experimental, conseguiu-se relativamente baixos valores na predição das outras características. Os índices indicativos da qualidade da polpa (coeficiente de flexibilidade, fração parede, índices de Runkel, Boiler e Mülsteph) apresentaram melhores correlações com os dados fornecidos pelos espectros de infravermelho do que as características individuais de largura, espessura da parede e diâmetro do lume dos traqueóides. Os índices de tração, rasgo e arrebentamento, indicadores da resistência do papel a determinados esforços, também apresentaram alta correlação entre os dados medidos em laboratório e os fornecidos pelo infravermelho através dos espectros coletados em madeira maciça, obtendo-se valores de correlação para a calibração de 0,79 para a tração, 0,77 para o rasgo e 0,70 para o arrebentamento. Concluiu-se que a técnica de espectroscopia no infravermelho próximo pode ser utilizada para a predição de características anatômicas da madeira e do papel, através da análise de amostras de madeira maciça. Palavras-chave: infravermelho, propriedades da madeira e papel, Pinus taeda.ABSTRACT: There are several practical uses for wood, and their scientific significance led to great interest in their structure. Technological advances led to application of several non-destructive and quick methods when conducting wood research, among them near infrared spectroscopy, which is the measurement of the wavelength and intensity of near infrared light absorption in a sample. This is useful to process a large number of samples in a short amount of time, and its results are very similar to those obtained by the traditional laboratory techniques that usually take a long time. The research conducted aimed to assess the use of near infrared spectroscopy in the study of the characteristics of wood and paper from clones of Pinus taeda L. with ages that range from 10 years 7 months to 17 years 9 months, from commercial planting in the region around Três Barras, Santa Catarina, Brazil. Basic wood density, morphological characteristics of fibers, physical and mechanical properties of paper were established by conventional laboratory methods and related to spectroscopy measurements established directly from the radial face of wood cubes, with dimensions 2x2x2cm, with domestic FemWim900 near infrared equipment. The best correlations in calibration and data prediction were achieved for the basic wood density and tracheid length. The calibration for wood density provided a correlation of 0.87 with error of 0.012g/cm3, and in validation the correlation was of 0.78 with error of 0.016g/cm3, and when predicting property with external samples the error was 0.018g/cm3. For the tracheid length the correlation in the calibration was of 0.73 with an error of 0.4mm and in external validation there was a correlation of 0.65 and an error of 0.5mm. Due to the variation among the characteristics analyzed in different ages being close to the error achieved in the experimental measuring, relatively low values were achieved in the prediction of the other characteristics. The indexes indicating pulp quality (flexibility coefficient, cell wall fraction, Runkel, Boiler, and Mülsteph indexes) presented better correlations with the data provided by near infrared spectroscopy results than the individual data for width, wall thickness and lumen diameter of tracheids. Tension, tear, and burst indexes, which indicated paper resistance to certain strains, also showed high correlation between the data measured in the laboratory and those provided by near infrared through spectroscopy results for solid wood, with correlation values for the calibration of 0.79 for tension, 0.77 for tear, and 0.70 for burst. The conclusion is that near infrared spectroscopy technique can be used for the prediction of anatomical characteristics of wood and paper, through analysis of solid wood samples. Key-words: near infrared, wood and paper properties, Pinus taeda