Surface Characterization Techniques applied in heat-treated wood

Este trabalho tem como objetivo estudar as mudanças das propriedades de superfícies e estruturais ocorridas em amostras de madeira termorretificadas. Duas espécies foram escolhidas para representar cada um dos grupos das madeiras: folhosas e coníferas. As amostras foram tratadas termicamente no intervalo de temperaturas entre 100 e 200 C, em atmosfera com ar. A variação da molhabilidade das espécies foi estudada a partir do ângulo de contato medido pelo método da gota séssil e monitorado no tempo ao longo de um ano. As amostras tratadas termicamente apresentaram ângulos de contato maiores, devido ao aumento nas suas características de hidrofobicidade. As técnicas de espectroscopia de infravermelho por refletância total atenuada e de espalhamento de raios-X foram utilizadas sendo possível detectar um aumento na cristalinidade da superfície das amostras, então responsável por esse aumento na hidrofobicidade. A técnica de FTIR permitiu distinguir os grupos funcionais das amostras de madeira (folhosas e coníferas), mesmo sendo obtidos espectros com baixa intensidade de sinal. Medidas de retratibilidade foram feitas nas amostras e as folhosas foram as que apresentaram maiores valores de retratibilidade volumétrica. Para tratamentos térmicos em mais altas temperaturas, foi observada uma redução considerável na retratibilidade volumétrica das amostras. Durante a secagem da madeira, o Eucalyptus grandis (cerne) foi o que apresentou uma maior contração volumétrica e a Araucaria angustifolia (cerne), a menor. Quando tratada em altas temperaturas, o Eucalyptus grandis (cerne) apresentou uma maior contração volumétrica e o Pinus elliotti, uma pequena expansão. A perda de massa também foi monitorada durante o tratamento térmico para todas as espécies. As folhosas apresentaram uma maior redução dos valores de massa em função do tratamento térmico, comparativamente às coníferas. O sistema CIE Lab de cor foi utilizado para se classificar as amostras termorretificadas. Uma análise multivariada de dados foi feita para acompanhar como cada parâmetro determinante da cor variava com a espécie e com o tratamento. Um dendrograma foi gerado, unindo espécies e tratamentos que apresentavam aproximadamente uma mesma cor final das amostras de madeira, contribuindo para as etapas de caracterização.The main aim of this work was the characterization of changes of properties occurred on the surface and structure of heat-treated wood in response to thermal treatments. In order to cover different types of heat-treated wood, two species were elected as models for two great groups of woods, the so-called hard and soft woods. The samples were thermally treated in temperature range from 100 to 200 C under air atmosphere, and the water contact angle was periodically measured with the sessile drop method during one year. High values of contact angle were observed for the samples after the thermal treatment, reflecting their increased hydrophobicity. Probably, the reason for such increased hydrophobicity is the increase in the crystallinity of the samples, probed by ATR-infrared spectroscopy and X-ray scattering analyses. Even with FTIR analysis showing low-intensity bands, it was possible to distinguish between woods from the two groups, hard and soft woods by using this technique. Measurements of wood shrinkage were also carried out for the samples, with hard wood showing higher values of volumetric shrinkage. Moreover, for thermal treatments at higher temperatures, the volumetric shrinkage of the wood sampes was markedly reduced. During the drying process, the highest and lowest values of volumetric contraction were obtained for Eucalyptus grandis (heartwood) and Araucaria angustifólia (heartwood), respectively. Surprisingly, when treated at higher temperatures the samples from Pinus elliotti showed a small expansion, but Eucalyptus grandis (heartwood) was still the more contractile wood. Also, during the thermal treatment, the loss of mass was evaluated for all the samples. Hard woods exhibited a large reduction of mass in response to the heating in comparison with soft woods, with no exceptions. The CIE Lab system was used to categorize the heat-treated woods. A multivariate data analysis was used to monitor each color parameter, and its dependence on the type of heat treatment. From these analyses, a dendogram was generated, and the samples with almost the same final color were grouped regarding the species and type of treatment