domki dla dzieci domki na drzewie domki
A A A

Porady » Chemiczna budowa drewna

W drewnie występuje około 50% węgla, 43% tlenu, 6,1% wodoru, 0,04-0,26% azotu i 0,30-1,20% składników mineralnych. Drewno jest konglomeratem kilku wielkocząsteczkowych związków organicznych. Pierwsze miejsce zajmują wśród nich węglowodany typu wielocukrów (polisacharydów), a więc celuloza i hemicelulozy. Dalsze miejsce zajmują kwasy poliuronowe, mające budowę i charakter polisacharydów, ale własności kwasowe (zawierają grupy karbo-ksylowe— COOH); należą tu związki pektynowe i gumy drzewne. Ważnym składnikiem drewna jest lignina, substancja o charakterze aromatycznym, zawierająca grupy metoksylowe — OCH3, karbonylowe — CO i wodorotlenowe — OH. Pod względem funkcjonalnym w drewnie można wyróżnić: substancję szkieletową, zbudowaną głównie z celulozy, która nadaje jej dużą wytrzymałość, zwłaszcza na rozciąganie; w skład substancji szkieletowej wchodzą rów­ nież hemicelulozy; lepiszcze, reprezentowane głównie przez ligninę; poza ligniną w skład lepiszcza wchodzą substancje pektynowe, gumy drzewne i substancje śluzowate; substancje towarzyszące, a więc żywice, woski, tłuszcze, barwniki, garbniki, alka­ loidy, lateksy i inne mniej ważne substancje.

Obok substancji organicznych w drewnie występują także substancje mineralne, które po spaleniu drewna dają popiół. Około 10-25% popiołu składa się z substancji rozpuszczalnych w wodzie. Są to przede wszystkim węglan potasowy (potaż) K2CO3 i węglan sodowy, Na2CO3 (soda) oraz inne występujące w drobnych ilościach związki potasu i sodu. Jedna ze stosowanych dawniej, prymitywnych form chemicznego przerobu polegała na wypalaniu drewna na popiół, z którego przez ługowanie wodą pozyskiwano potrzebny dla przemysłu potaż. W skład nierozpuszczalnej części popiołu wchodzi przede wszystkim węglan wapnia oraz magnezowe, żelazowe i manganowe sole kwasu węglowego, fosforowego i krze­mowego. Inną stosowaną od wieków formą chemicznego przerobu jest mielerzowe wypalanie węgla drzewnego (dla przemysłu hutniczego) oraz prymitywne sposoby suchej destylacji drewna (węgiel drzewny i smoła) w majdanach i smolarniach. Drewno zbudowane jest w 40 do 60% z celulozy. W młodych tkankach celulozowe błony komórkowe sklejone są związkami pektynowymi, które tworzą silnie pęczniejącą warstwę międzykomórkową (blaszka środkowa). W dojrzałych tkankach drzewnych substancję sklejającą stanowi lignina. Celuloza występuje w drewnie w mechanicznym i chemicznym powiązaniu z lig­niną (wypełniacz) i z hemicelulozami. Celuloza, hemicelulozy i lignina stanowią ofc. 96% suchej masy drewna. Celulozę o nie zmienionych cechach naturalnych, występującą w drewnie drzew żywych, określa się mianem błonnika. Celuloza wyodrębniona z drewna poprzez procesy chemiczne (rozwieranie drewna) ma skrócone łańcuchy i częściowo zmienio­ne własności. Związki wielkocząsteczkowe odznaczają się tym, że cząsteczki ich zbudowane są z po­wtarzających się, elementarnych członów, zgrupowanych w długie łańcuchy; związki takie noszą nazwę polimerów. Podstawowy element, z którego jest zbudowana czą­steczka nosi nazwę monomeru. Stopień polimeryzacji określa liczba powiązanych z sobą monomerów (wartość ń). Łańcuchy celulozy mają różnorodną długość; stąd liczba n przybiera różne wartości. Polimery kondensacyjne odznaczają się tym, że przy łączeniu się monomerów w polimer następuje wydzielenie się wody lub innych substancji.

Celuloza jest naturalnym polimerem kondensacyjnym, który powstaje przez połączenie się elementarnych cząstek glikozy w długie łańcuchy, przy równoczesnym wydzieleniu wody. Fizyczne i mechaniczne właściwości oraz techniczna wartość celulozy zależą od dłu­gości łańcuchów, czyli od stopnia polimeryzacji. Stopień polimeryzacji (liczba n) określa zmienną liczbę monomerów wchodzących w skład cząsteczki i wynosi dla celulozy od 200 do 10 000. Stopień polimeryzacji błonnika dochodzi do 10 000, celulozy wyodręb­nionej z bawełny — ok. 3000, holocelulozy ok. 2000, mas celulozowych od 900 do 1500. Holoceluloza jest to substancja węglowodanowa obejmująca celulozę oraz hemicelulozy, a więc wszystkie węglowodanowe składniki drewna, od najniższego do najwyższego stopnia polimeryzacji (łagodne metody roztwarzania drewna). Wytrzymałość celulozy zwiększa się w miarę wzrostu stopnia polimeryzacji do 700; powyżej tej wartości wytrzy­małość wzrasta tylko nieznacznie. Masy celulozowe o stopniu polimeryzacji niższym niż 200 nie nadają się do produkcji materiałów włóknistych. Stare papiery i inne mate­riały celulozowe mają w wyniku starzenia się i związaną z tym depolimeryzacją krótkie łańcuchy (o stopniu polimeryzacji poniżej 200). Materiały takie są mało wytrzymałe i łatwo rozpadają się w proch (np. wykopaliska egipskie). Zależnie od stopnia polimeryzacji wyróżnia się a, /? i y-celulozę. Najwyższą wartość techniczną ma a-celuloza, tj. ta część masy celulozowej, która nie rozpuszcza się pod działaniem ługu sodowego (NaOH). Zależnie od dalszego przeznaczenia produkuje się masy celulozowe o zawartości od 89 do 98% a-celulozy. W przeciwieństwie do tego J3- i y-celuloza rozpuszczają się w 17,5% roztworze ługu sodowego i przechodzą do roz­tworu. Stopień polimeryzacji ^-celulozy jest niższy od 200, a dla y-celulozy wynosi około 10. Celuloza ma budowę micelarną.
Z budową tą związana jest zdolność pęcznienia celulozy oraz anizotropia jej właściwości. Celuloza techniczna (masa celulozowa) jest półfabrykatem do produkcji wielu cennych materiałów; najszersze zastosowanie znajduje w produkcji papieru i tkanin. W Polsce podstawowym surowcem do wytwarzania celulozy jest drewno świerkowe, jodłowe i sosnowe, w mniejszych ilościach przerabia się drewno bukowe i brzozowe,  w nieznacznych ilościach drewno osikowe i topolowe. W perspektywie 10-20 lat głównym surowcem do produkcji mas półchemicznych będzie drewno topolowe, pochodzące z plan­tacji i zadrzewień. Wydajność celulozy zależy od gatunku drzewa, od warunków sied-lliskowych, od jakości i cech strukturalnych drewna oraz metody produkcji. Drewno [?iglaste zawiera więcej celulozy niż drewno liściaste, poza tym długość i smukłość (sto-isunek długości włókna do jego grubości) włókna celulozowego kształtuje się w drewnie figlastym (zwłaszcza świerkowym) lepiej niż w drewnie liściastym. W drewnie tego samego [gatunku wydajność celulozy zależy od ciężaru właściwego; wąskosłoiste drewno iglaste |(większa gęstość) zawiera więcej celulozy niż drewno szerokosłoiste. O ilościowych wy­nikach procesu technologicznego decyduje nie tylko ilość zużytego surowca wyrażona metrach przestrzennych lub sześciennych, lecz również ilość suchej substancji zawarta jednostce objętości drewna.

« powrót
drukuj »