COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MADERA

INTRODUCCIÓN:

Un bosque representa algo distinto para cada uno de nosotros; para algunos puede ser una

fuente de la que se obtiene leña, un producto esencial o un lugar para pasear o incluso un

rincón de esparcimiento espiritual. Para otros, en cambio, es una fuente de agua pura para

beber o materia prima para aserrar. Nuestras distintas percepciones hacen, a veces, más

difícil comprender las perspectivas y necesidades de los demás, aunque podamos concordar

en la importancia del uso sostenible de los bosques (Ahtesaari, 1999)

Este uso sostenible de los bosques recae sin más sobre el desafío al que se enfrenta el sector

forestal en la actualidad, que consiste en satisfacer las necesidades de productos madereros

y no madereros atendiendo al mismo tiempo a la demanda de servicios ambientales y

sociales que se esperan de los bosques. (FAO, 1999)

La madera es el principal producto comercial procedente del bosque. Actualmente países

como Australia, Portugal, España, Brasil, por solo citar algunos, disponen de plantaciones

de eucaliptos destinadas a las Industrias de la Elaboración Primaria de la Madera, la

Industria de la Celulosa y Papel y otros variados usos, no obstante, se considera que el

género eucalyptus presenta alternativas de uso que no se han explotado.

Los extraordinarios adelantos alcanzados en los últimos años en la ciencia y la tecnología,

representan un reto difícil, específicamente para los países en desarrollo. El conocimiento

de la composición química de la madera y es especial de los eucaliptos son avances que

brindan nuevas oportunidades en la implantación de tecnologías, que para aprovecharlas los

países deben aumentar rápidamente su capacidad para asimilarlas en correspondencia con

las condiciones socioculturales y ambientales existentes.

La Madera:

La madera es un material anisótropo y heterogéneo encontrado como principal contenido

del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen cada año y

que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina. Las plantas que no

producen madera son conocidas como herbáceas. Como la madera la produce y utilizan las

plantas con fines estructurales, es un material muy resistente y gracias a esta característica y

a su abundancia natural, es utilizada ampliamente por los humanos, ya desde tiempos muy

remotos.

PRINCIPALES ARBOLES:

Huarango.

Eucalipto.

Pino.

Caoba.

Cedro.

Copaiba.

Tornillo.

Ciprés.

INDUSTRIA DE LA MADERA:

La industria maderera está comprendida casi en su totalidad por la

transformación mecánica de madera rolliza de madera escuadrada, abarcando las

líneas de aserrado.

Esta industria se abastece esencialmente de maderas provenientes de bosques

tropicales y por ello se ubica en la región de la selva.

La transformación primaria presenta tres grandes ejes de desarrollo: Loreto, Ucayali

y la selva central (la cual abarca, entre otras, las zonas de Oxapampa, Villa Rica,

Pichanaki, Satipo, Masamari e Izcosazin). En estas áreas, el 95% de las actividades

económicas gira en torno a la industria maderera.

COMPOSICIÓN QUIMICA DE LA MADERA:

Con respecto a la composición química elemental, no hay ninguna diferencia importante

entre los bosques. Los elementos químicos principales de madera son carbono, hidrógeno y

oxígenos; las cantidades pequeñas de nitrógeno también están presentes. El análisis

químico de varias especies, incluso maderas Gimnospermas o blandas y Angiospermas o

maderas duras, muestra la proporción de elementos, en porcentaje en peso de madera, como

se muestra a continuación: carbono 50%, hidrógeno 6%, oxígeno 42%, y nitrógeno sólo

2%. El carbono, hidrógeno y la combinación de oxígeno sirven para formar los

componentes orgánicos principales de sustancia de madera, α-celulosa, hemicelulosa, y

lignina; cantidades pequeñas de sustancias pépticas también están presentes.

Estos componentes orgánicos de madera no son entidades químicas que pueden

identificarse fácilmente. Los términos (α-celulosa, hemicelulosa y lignina) son genéricos, y

cada uno incluye varios compuestos químicamente relacionados.

LOS COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MADERA SON:

La celulosa.

Lignina.

Hemicelulosa.

LA CELULOSA

La celulosa es un homopolisacárido (es decir, compuesto de un único tipo de monómero)

rígido, insoluble, que contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de

glucosa.

La celulosa corresponde a la biomolécula más abundante de la biomasa Terrestre,

constituye alrededor de la mitad del material total de madera.

Estructura de la celulosa

La celulosa se forma por la unión de moléculas de β-glucosa mediante enlaces β-1,4-O-

glucosídico. Es una hexosa que por hidrólisis da glucosa. La celulosa es una larga cadena

polimérica de peso molecular variable, con fórmula empírica (C6H1005)n, con un valor

mínimo de n= 200.

La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes

de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa,

haciéndolas impenetrables al agua, lo que hace que sea insoluble en agua, y originando

fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales. Homopolímero

lineal, formado por unidades de -glucopiranosa (glucosa).

Proporciona resistencia mecánica a la fibra.

Estructura de las moléculas de la celulosa:

Las cadenas de celulosa son lineales, alargadas y las unidades de glucosa están enlazadas

en un plano debido a tres razones:

• las uniones glicosídicas,

• la conformación de silla piranósica y

• los sustituyentes están orientados ecuatorialmente.

En las microfibrillas, las moléculas de celulosa forman regiones cristalinas completamente

ordenadas (crystallites), que cambian a regiones amorfas desordenadas, sin límites precisos.

La cristalinidad de la celulosa se encuentra en función de la gran cantidad de puentes de

hidrógeno.

La celulosa es la responsable de determinadas propiedades físicas y mecánicas de las

maderas por constituir el material de sostén del árbol, dándole resistencia y tenacidad.

En la celulosa nativa la longitud de las regiones cristalinas es de 100 – 250 nm.

La molécula de celulosa puede medir hasta 5.000 nm.

Una molécula de celulosa atraviesa varias regiones cristalinas.

Función de la Celulosa

La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de

sostén. La cepa de una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40% de celulosa;

la madera un 50 %, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es el algodón con un

porcentaje mayor al 90%. El cáñamo también es una fuente de celulosa de alta calidad. A

pesar de que está formada por glucosas, los animales no pueden utilizar a la celulosa como

fuente de energía, ya que no cuentan con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-

glucosídicos, sin embargo, es importante incluirla en la dieta humana (fibra dietética)

porque al mezclarse con las heces, facilita la digestión y defecación, así como previene los

malos gases.

En el intestino de los rumiantes, de otros herbívoros y de termitas, existen

microorganismos, muchos metanógenos, que poseen una enzima llamada celulasa que

rompe el enlace β-1,4-glucosídico y al hidrolizarse la molécula de celulosa quedan

disponibles las glucosas como fuente de energía.

Hay microorganismos (bacterias y hongos) que viven libres y también son capaces de

hidrolizar la celulosa. Tienen una gran importancia ecológica, pues reciclan materiales

celulósicos como papel, cartón y madera. De entre ellos, es de destacar el hongo

Trichoderma reesei, capaz de producir cuatro tipos de celulasas: las 1,4-β-D

glucancelobiohirolasas CBH i y CBH II y las endo-1,4-β-D-glucanasa EG I y EG II.

Mediante técnicas biotecnológicas se producen esas enzimas que pueden usarse en el

reciclado de papel, disminuyendo el coste económico y la contaminación.

Historia y aplicaciones:

La celulosa es la sustancia que más frecuentemente se encuentra en la pared de las células

vegetales, y fue descubierta en 1838 por el químico francés Anselme Payen. La celulosa es

la biomolécula más abundante de los seres vivos.

La celulosa constituye la materia prima del papel y de los tejidos de fibras naturales.

También se utiliza en la fabricación de explosivos, celuloide, seda artificial, barnices. Está

presente en las plantas solamente los rumiantes lo ingieren.

LA LIGNINA:

La lignina es un grupo de compuestos químicos usados en las paredes celulares de las

plantas para crear madera. La palabra lignina proviene del término latino lignum, que

significa madera; así, a las plantas que contienen gran cantidad de lignina se las denomina

leñosas.

La lignina no es un carbohidrato, es un compuesto aromático constituido por unidades de

fenilpropano. Resulta conveniente utilizar el término lignina en un sentido colectivo para

señalar la fracción lignina de la fibra. Después de los polisacáridos, la lignina es el

polímero orgánico más abundante en el mundo vegetal. Es importante destacar que es la

única fibra no polisacárido que se conoce.

Este componente de la madera realiza múltiples funciones que son esenciales para la vida

de las plantas. Por ejemplo, posee un importante papel en el transporte interno de agua,

nutrientes y metabolitos. Proporciona rigidez a la pared celular y actúa como puente de

unión entre las células de la madera, creando un material que es notablemente resistente a

los impactos, compresiones y flexiones. Realmente, los tejidos lignificados resisten el

ataque de los microorganismos, impidiendo la penetración de las enzimas destructivas en la

pared celular.

Estructura química:

La molécula de lignina es una molécula, con un elevado peso molecular, que resulta de la

unión de varios ácidos y alcoholes fenilpropílicos (cumarílico, coniferílico y sinapílico). El

acoplamiento aleatorio de estos radicales da origen a una estructura tridimensional,

polímero amorfo, característico de la lignina.

La lignina es el polímero natural más complejo en relación a su estructura y

heterogeneidad. Por esta razón no es posible describir una estructura definida de la lignina.

Molécula de Lignina de Abeto según Adler

Propiedades físicas

Las ligninas son polímeros insolubles en ácidos y solubles en álcalis fuertes como el

hidróxido de sodio, que no se digieren ni se absorben y tampoco son atacados por la

microflora del colon. Pueden ligarse a los ácidos biliares y otros compuestos orgánicos (por

ejemplo, colesterol), retrasando o disminuyendo la absorción en el intestino delgado de

dichos componentes.

El grado de lignificación afecta notablemente a la digestibilidad de la fibra. La lignina, que

aumenta de manera ostensible en la pared celular de la planta con el curso de la

maduración, es resistente a la degradación bacteriana, y su contenido en fibra reduce la

digestibilidad de los polisacáridos fibrosos.

Polímeros amorfos, estructura química irregular, racémica (ópticamente activa).

Las estructuras elementales, unidades de fenilpropano, no se unen sistemáticamente.

Las ligninas son hidrofóbicas.

Funciones de la lignina en la fibra:

Material de unión entre las fibras.

Polímeros de unidades fenilpropano.

Los precursores de la lignina son los alcoholes fenilpropílicos: cumarílico (p-coumaryl

alcohol), coniferílico (coniferyl alcohol) y sinapílico (sinapyl alcohol); sus estructuras

difieren en el número de sustituyentes metoxilo –OMe.

Las ligninas son polímeros en forma de red, ya que un monómero (monolignol) puede tener

hasta 4 posibles sitios de unión.

LA HEMICESULOSA:

Son heteropolisacáridos constituidos por diferentes unidades de monosacáridos (glucosa,

manosa, galactosa, xilosa y arabinosa), enlazados por diferentes tipos de enlaces acetálicos

o glicosídicos del tipo α y β.

Constituye alrededor de un 25 % cuya función es actuar como unión de las fibras.

Forma parte de las paredes de las diferentes células de los tejidos del vegetal, recubriendo

la superficie de las fibras de celulosa y permitiendo el enlace de pectina. En la madera del

pino insigne, las hemicelulosas, que forman parte de la matriz, junto a la lignina, donde

reside la celulosa, representan entre un 27 y un 29% de la misma, mientras que en la

corteza solo alcanzan un 15%.

La hemicelulosa se caracteriza por ser una molécula con ramificaciones, capaz de unirse a

las otras moléculas mediante enlaces que constituyen la pared rígida. Son sustancias

amorfas con grado de cristalinidad muy bajos, por lo tanto son más reactivas que la

celulosa.

Su estado desordenado y su bajo peso molecular hacen que la degradación de las

hemicelulosas sea mucho más rápida. que protege a la célula de la presión ejercida sobre

esta por el resto de las células que la rodean.

Cadenas de hidratos de carbono.

Se encuentran íntimamente entremezcladas y combinadas químicamente con la lignina y

celulosa.

Constituyen un material de soporte de la pared celular.

Su contenido oscila alrededor del 20 al 30% del peso seco de la madera.

ESTRUCTURA DE LA HEMICELULOSA

Principales constituyentes:

HEXOSAS:

Galactopiranosa

Glucopiranosa

Manopiranosa

PENTOSAS:

Arabinopiranosa

Xilopiranosa

Arabinofuranosa

ACIDOS URONICOS

Ac. Glucuronico

Ac. Galacturonico

Ac. Metilglucuronico

Las hemicelulosas están formadas por una cadena base donde se repite la unidad estructural

y cadenas laterales, denominadas ramificaciones. La unidad estructural varía para cada

hemicelulosa (para coníferas, predominan los glucomananos; para latifoliadas, predominan

los xilanos).

Las hemicelulosas debido a las diferentes posibilidades de combinación de los

monosacáridos son numerosas y varían en su estructura. La composición y estructura de las

hemicelulosas varían grandemente en dependencia del tipo de madera (coníferas o

latifoliadas).

Las hemicelulosas del fuste, difieren en su estructura de las presentes en las ramas, raíces y

corteza.

REACTIVIDAD QUÍMICA:

La presencia de un grupo carbonilo terminal libre y varios grupos hidroxilo en cada una de

las unidades de polisacáridos presentes, hace que puedan experimentar reacciones de

oxidación, reducción, nitración, acetilación.

Son importantes las reacciones de hidrólisis por el enlace glicosídico, degradándose las

cadenas de hemicelulosas. Estas reacciones ocurren con mayor facilidad que en las

celulosas, debido a:

• Son sustancias amorfas

• Presentan bajo grado de cristalinidad

• Presentan mayor accesibilidad por parte de los reactivos químicos

Distribución de sustancia a lo largo de un corte por la pared celular.

Existen otros componentes minoritarios como:

SUSTANCIAS EXTRAÍBLES:

• Taninos

• Aceites esenciales

• Grasas y ácidos grasos

• Ácidos resínicos

• Hidratos de carbono solubles

• Ceras

• Gomas

• Etc.

Las Sustancias Extraíbles de la madera pueden tener gran influencia en las propiedades y

calidad de la madera, aunque ellos contribuyan sólo en algún porcentaje en la masa total de

la madera (2 a 8% del peso total).

Su designación se basa en la posibilidad de extraerlos a partir de la madera, con agua fría

o caliente o con solventes orgánicos neutrales tales como alcohol, benceno, acetona o éter.

Estas sustancias sirven para caracterizar ciertas especies. Frecuentemente son las causales

del color y olor de la madera, así como de su mayor o menor resistencia al ataque de

insectos y hongos que provocan su pudrición.

Los extractivos están depositados en los lúmenes y paredes celulares.

Los componentes químicos aquí presentes son de diferentes clases y pueden ser divididos

en componentes orgánicos y componentes inorgánicos.

Entre los compuestos orgánicos se pueden encontrar hidrocarburos alifáticos y aromáticos,

alcoholes, fenoles, aldehídos, cetonas, ácidos alifáticos, ceras, glicéridos, y compuestos

nitrogenados.

Entre los compuestos inorgánicos se pueden encontrar ciertos iones metálicos que son

esenciales para el normal desarrollo del árbol. Ciertos materiales inorgánicos, como sales

de calcio y sílice, no son solubles en los solventes mencionados, pero a veces también se

los considera extractivos debido a que tampoco forman parte de la pared celular.

Compuestos químicos más comunes que conforman los extractivos de la madera

C = coníferas L = latifoliadas M = monocotiledoneas

Algunos extractivos (como los compuestos fenólicos), proveen resistencia natural al ataque

de insectos y hongos.

Otros extractivos, una vez separados, se convierten en productos de gran utilidad, como

trementina, tanino, goma arábiga, caucho natural, etc.

A veces, la presencia de ciertos extractivos dificultan o inhiben la utilización de una madera

para determinados productos, como por ejemplo en aquellas maderas que contienen

extractivos tipo fenólicos cuando se realiza su pulpado por el proceso al sulfito.

Problemas que generan los extractivos en la industria papelera:

• Disminución del rendimiento (para sp con alto contenido de extractivos, ej.

Gleditzia amorphoides)

• Aumento en el consumo de reactivos

• Dificultad en la impregnación

• Problemas de “Pitch” (formacion de “stickies”)

• Formación de espuma

• Otros

BIBLIOGRAFÍA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Madera

http://www1.monografias.com/trabajos15/composicion-madera/composicion-

madera.shtml#ixzz3aWYgAazh