Střední odborné učiliště stavební, odborné učiliště a učiliště

Prezentace na téma: "Střední odborné učiliště stavební, odborné učiliště a učiliště"— Transkript prezentace:

1 Střední odborné učiliště stavební, odborné učiliště a učiliště
Sabinovo náměstí 16 Karlovy Vary Bohuslav V i n t e r odborný učitel uvádí pro T1 tuto výukovou prezentaci : Chemické složení dřeva

2 4. Chemické složení dřeva
Dřevo je přírodní materiál, který představuje složitý komplex makromolekulárních látek. Hlavními složkami jsou: a) organické látky, které jsou tvořeny uhlíkem (C), vodíkem (H), kyslíkem (O) a minimem dusíku (N). Průměrný obsah těchto prvků v absolutně suchém dřevě je: C ,5 % , O - 44,2 % (včetně asi 0,12 % N ), H - 6,3 % . Z těchto prvků jsou vytvořeny složité organické látky, které rozdělujeme na: hlavní složky dřeva, tvořící buněčné stěny (celulóza, lignin, hemicelulózy), průvodní látky, obsažené hlavně v buněčných dutinách (extraktivnf látky - sacharidy, glykosidy, tuky, proteiny, barviva, atd.).

3 Chemické složení dřeva
b) anorganieké látky - minerální sloučeniny, které se ve dřevě vyskytují jen v malých množstvích. Jsou to soli křemíku, draslíku, sodíku, vápníku, hořčíku, manganu, železa a hlíníku, které při spalování dřeva tvoří popel. Množství anorganických látek je asi 0,2-0,5 % objemu dřeva (u tropických dřev 5-10 %).Obsah popela závisí na složení půdy, druhu a věku dřeviny a části stromu - ve větvích je více anorganických látek než v kmeni, v jádrovém dřevě více než v bělovém. Vyšší obsah některých látek působí potíže při chemickém zpracování dřeva, např. draslík a vápník negativně ovlivňují běleni celulózy.

4 4.1 Chemické složení buněčných stěn
Jehličnaté a listnaté dřevo se v množství základních organických látek poněkud liší : Rozdíl v chemickém složení jádrového a bělového dřeva je jen minimální, větší rozdíl je v obsahu látek nacházejících se v buněčných dutinách (hlavně třísloviny a pryskyřice).

5 4.1.1 Celulóza Je základní stavební látkou buněčné blány. Po chemické stránce je to polysacharid, vzniklý řetězením molekul glukózy ( -D- glukózy), která se tvoři jako produkt fotosyntézy v listech. Chemický vzorec glukózy je C6H12O6 . Makromolekula celulózy je složena z "n" molekul glukózy spojených do dlouhé řady, přičemž jsou vzájemně pootočeny o 180 stupňů. Molekuly glukózy jsou spojeny vazbami, které se nazývají kyslíkové můstky. Vzorec celulózy je (C5H10O5)n. n - stupeň polymerace, pro dřevní celulózu je 200 až (pro dřeva mírného pásma je 1000 a více).

6 Celulóza Makromolekuly celulózy jsou spojeny do svazků, zvaných mikrofibrily (micely). Makromolekuly jsou v nich uloženy pravidelně. Mikrofibrily se spojují na šířku do větších útvarů - fibri1 tak, že jsou vzájemně propojeny a vytváří tvar sítě (asi mikrofibril tvoří fibrilu). Fibrily tvoří mřížky -kostry buněčné stěny. Jsou uspořádány téměř svisle - mírně zešikma a mezi nimi jsou mikroprostory vyplněné ligninem, hemicelulózami a vodou. Pravidelná síť - mřížka se nazývá krystalická oblast celulózy. V určitých místech buněčné stěny nedochází k pravidelnému propojení micel do mřížky, řetězce makromolekul vytvářejí tvar "střapců". Tato oblast se nazývá amorfní. Obsahuje volné hydroxylové (OH) skupiny, které na sebe snadno vážou vodu, a jsou tedy příčinou hygroskopicity dřeva (hygroskopicita-schopnost přijímat vodní páru ze vzduchu). Amorfního podílu celulózy je podstatně méně než krystalického.

7 Celulóza Celulóza získaná z lignocelulózních látek se nazývá buničina. Není čistá, obsahuje příměsi hemicelulóz. Podle obsahu příměsí se dělí na a celulózu, která obsahuje asi 98% čisté celulózy a je nejčistší,  celulózu a  celulózu. Celulóza ze dřeva obsahuje asi 70 až 75 % a celulózy , zbytek tvoří  a  celulóza. Celulóza je chemická sloučenina, která se na zemském povrchu vyskytuje v absolutně největším množství - tvoří velkou část tkání vyšších druhů rostlin, nachází se částečně i v nižších rostlinách. Čistá celulóza se z rostlin získává odstraněním příměsí vosků, tuků, bílkovin a pektinů (např. extrakcí alkoholem a benzénem). Čistá celulóza je nerozpustná ve vodě, slabších kyselinách a zásadách. Působením silných kyselin se rozkládá (hydrolýzou) až na cukr glukózu - toho se využívá při výrobě krmného cukru, lihu, kvasnic.

8 Celulóza Působením různých chemických látek vznikají deriváty celulózy: a) Estery celulózy - vznikají působením anorganických kyselin. Nedůležitější jsou: Nitráty celulózy - estery kyseliny dusičné, které jsou rozpustné v organických rozpouštědlech. Z nitrátů celulózy se vyrábí umělé hedvábí, střelná bavlna (z celulózy bavlny), celuloid (první známá plastická hmota, která se vyráběla od r.1869), nitrocelulózové laky. Acetáty celulózy - vznikajl působením kyseliny octové (acetylací). Acetáty se používají hlavně na výrobu acetátového umělého hedvábí. Roztoky acetylcelulózy s kafrem dávají celón-z něho se vyrábí kinofilmy a celónové laky, odolné proti olejům a vodě (lakování letadel , automobilů, impregnace obalů pro balóny, kotvy dynam, atd.) . Acetátové laky odolávají minerálním olejům. Xantáty celulózy - technicky nejdůležitější estery, vznikají působením sirouhlíku na alkalicelulázu (alkalicelulóza vzniká působením silných alkálií na celulózu, např. silného hydroxidu sodného NaOH). Xantát se rozpouští ve slabém louhu sodném na hustou tekutinu - viskózu, používanou na výrobu viskózového hedvábí a celofánu. Plastické dřevo - se vyrábí z dřevní moučky a esterů celulózy používá se při opravách nábytku, dobře se moří a leští.

9 Celulóza b) Étery celulózy - se získávají reakcí alkaliceluózy s alkylsulfáty . Nejdůležitější étery jsou: - metylcelulóza - rozpustná ve vodě, pomocná látka pro výrobu textilií, výrobu lepidel apod., - etylcelulóza - pro výrobu přízových vláken -technická příze, odolná proti vodě a plísním.

10 4.1.2 Lignin Je to aromatický podíl dřeva , který vyvolává zdřevnatění, mechanicky zpevňuje buněčnou stěnu, prodlužuje život rostliny (obsahuje fenolickou složku) a omezuje bobtnání. Lignin, izolovaný chemickými způsoby ze dřeva, není úplně stejný jako lignin uložený v buněčné bláně. Při jeho získávání v něm nastávají chemické změny. Největší část ligninu (asi 70% ) je uložena ve střední lamele a primární stěně, v sekundární mnohem méně. Část ligninu je v submikroskopických dutinách mezi celulózovými mikrofibrilami. Získává se při výrobě celulózy sulfitovým způsobem, kde působením kyseliny siřičité lignin přechází do roztoku a je součástí sulfitových výluhů. Lignin těchto výluhů se používá hlavně pro výrobu vanilínu (vanilkový cukr), na stmelování slévárenských forem, při výrobě cementu. Vysušením ligninu se získává práškové palivo s vysokou výhřevností, prášek jako plnivo při výrobě kaučuku, atd.

11 4.1.3 Hemicelulózy Patří rovněž k polysacharidům, chemickým složením jsou blízké celulóze. Mají kratší řetězce makromolekul s průměrným polymeračním stupněm 150 až 250 (i měně). Proto jsou podstatně reaktivnější než celulóza, jsou chemicky méně stálé, snadno se ze dřeva hydrolyzuji, přičemž přecházejí do roztoku. Podle obsahu atomů uhlíku v molekule cukru se dělí na: pentozany - 5 atomů uhlíku - (C5H8O4)n, hexozany - 6 atomů uhlíku - (C6H10O5)n,

12 Hemicelulózy Jehličnaté dřevo obsahuje převážně hexozany, listnaté pentozany. Z pentozanů se ve dřevě nachází hlavně xylén a arabán, z hexozanů manán a galaktán. Pentozany mají v rostoucím stromě především mechanickou funkci, hexozany jsou spíš zásobními látkami. Hemicelulózy spolu s celulózou tvoří polysacharidickou složku dřevní hmoty, nazvanou holocelulóza. Vařením s 12%-ní kyselinou chlorovodíkovou pentozany vytváří ji Fural (C5H4O2), který se průmyslově využívá ve výrobě plastických hmot a barviv. Hydrolýzou hexozanů vznikají hexózy-cukry (manóza, galaktóza), které se zkvašují na líh.

13 4.1.4 Pektiny Vyskytují se hlavně v mladých stromech, kde jsou důležitou součástí mladé buněčné stěny a také střední lamely. Ve zralém dřevě je pektinů jen velmi málo (asi 0,5%, zpravidla nepřesahují 2% ). Pek2iny jsou složené hlavně z polysacharidů. Získávají se vyluhováním vodou. Používají se jako přísady na rosolovatění marmelád a na výrobu zdravotně nezávadných přírodních lepidel. K pektinovým látkám se zařazují i dřevní gumy, např. klovatina - výron z kmene ovocných stromů, který na vzduchu rychle tuhne jako pryskyřice, ale na rozdíl od ní je rozpustný ve. vodě a arabská guma - výron různých druhů subtropických a tropických stromů, např. akácií. Obě látky slouží k výrobě lepidel.

14 4.2 Chemické látky v buněčných dutinách - průvodní látky dřeva
Jsou to sloučeniny, resp. skupiny sloučenin, které lze snadno ze dřeva extrahovat neutrálními rozpouštědly (např. vodou, éterem, alkoholem) bez toho, že by vznikly znatelné změny ve stavbě dřeva. Jejich podíl ve dřevě je asi 5 až 10 % absolutně suchého dřeva (výjimečně dosahuje až 30 % , např. jádrové dřevo starých borovic). Průvodní látky mají velký význam pro chemické, biologické a mechanické vlastnosti dřeva. Většina z nich má velký praktický význam, získávají se ze dřeva a zpracovávají se. Některé průvodní látky hrají důležitou úlohu při zpracování dřeva, např. obsah škrobu podporuje modrání dřeva a je společně s bílkovinami příčinou napadáni dřeva hmyzem, třísloviny napomáhají zbarvení při moření dřeva, barviva zvyšují hospodářský význam dřeva, atd. Mnohé z průvodních látek zvyšují trvanlivost dřeva, nazývají se proto konzervační látky (třísloviny , pryskyřičné látky, barviva, atd.).

15 4.2.1 Prchavé průvodní látky – éterické oleje, tj. silice
Patří k pryskyřičným látkám. Vyprchávají ze dřeva současně s vodní párou. NejznámějšÍ z nich je silice terpentýnová - čirá, průzračná tekutina, která ne světle houstne a žloutne, na vzduchu pohlcuje kyslík, pryskyřičnatí a tuhne (těká). Z jehličí jehličnatých stromů, hlavně jedle a borovice, se získávají éterické oleje používané ve farmacii.

16 4.2.2 Pryskyřičné látky Patří ke skupině látek rozpustných éterem. Kromě silic k nim patří balzámy a pryskyřice. Tvoří se ve stromě jako vedlejší produkty asimilace. Jsou to směsi sloučenin, které vzájemně tvoři roztok. Pryskyřice s vysokým obsahem prchavých sloučenin (silic) se nazývají balzámy. Vysoký obsah pryskyřičných látek způsobuje lepivost, znečištění nástrojů při obrábění, vytékání z hotových výrobků, značně však zvyšují odolnost a trvanlivost dřeva.

17 Pryskyřičné látky Destilaci balzámu terpentýnového získaného z jehličnatých stromů se získává terpentýn (terpentýnová silice) a kalafuna. a) Terpentýn - (terpentýnová silice) je vlastně rozpouštědlem přírodni pryskyřice kalafuny. Využivá se v průmyslu k výrobě laků, rozpouštědel, fermežt a olejových nátěrových hmot, ve farmaeeutické výrobě, výrobě krémů na boty atd.; b) Kalafuna - (vlastní pryskyřice) se využívá ve výrobě mýdla, papíru, při výrobě laků, sušidel do laků, elektroizolačních materiálů, atd.; c) Kanadský balzám se získává z kůry jedle kanadské. Je to hustá žlutá, průhledná tekutina, používá se na lepení skla, čoček, mikroskopických preparátů, atd.

18 4.2.3 Třísloviny, barviva a) Třísloviny - patří do skupiny látek rozpustných vodou nebo alkoholem. Jsou ve všech dřevinách, jejich obsahuje však rozdílný. Nacházejí se hlavně v jádře různých druhů dřev. Značně zvyšují trvanlivost dřeva. Získávají se ze dřeva extrakcí vodou. Mají trpkou, svíravou chuť. Snadno se okysličují, jsou příčinou tmavnutí dřev s vyšším obsahem tříslovin na vzduchu. Zpomalují vysoušení olejových nátěrových hmot. Mají schopnost přeměňovat a srážet bílkoviny (kolagén) z vodních roztoků, proto se využívají v kožařském průmyslu na vyčiňováni kůží. Chemicky reagují se solemi kovů (využití při moření dřeva). Stykem se solemi železa způsobují tmavě modré skvrny (např. při pořezu DB kulatiny-stykem s pilovými listy). Nejvíce tříslovin obsahuje dřevo DB a kaštanu jedlého, hodně jich je v kůře mladých DB, SM, a VR. K přípravě dvousložkových mořidel se používají třísloviny: pyrokatechin, rezorcin, pyrogalol floroglucin, tanin. b) Barviva -jsou rozpustná ve vodě, v alkoholu, dávají dřevu zbarvení a tím zvyšují estetickou hodnotu. Ve dřevě jsou barviva žlutá, modré, hnědá a zelená.

19 4.2.4 Průvodní látky rozpustné ve vodě
a) Minerální látky - jsou to anorganické soli alkalické, vápenité, draselné, hořečnaté, sodné, které při spalování dřeva tvoří popel. b) Kovy - zvyšují odolnost proti škůdcům. Ve dřevě DB, JB a HR se nachází malé množství titanu, ve dřevě VR a SM je měď, zinek, olovo a v DB je dále kobalt, nikl. c) Volné cukry, škroby, tuky - tvoří ve dřevě zásobní látky a snižují jeho trvanlivost, jsou příčinou napadení škůdci. Tuky jsou hlavně v jehličnatých dřevech. Škroby se podle potřeby mění na jednoduché rozpustné cukry (proto je míza sladká). Množství zásobních látek v průběhu roku kolísá. Na jaře se spotřebují na nová pletiva, koncem léta a na podzim se hromadí. Pro technické využití nemají význam.

20 Průvodní látky rozpustné ve vodě
d) Saponiny – jsou jedovaté látky které způsobují kožní ekzémy pracovníků ve dřevařském průmyslu. Nacházejí se ve větším množství v některých tropických dřevinách. e) Alkaloidy jsou přírodní látky s mimořádnými farmakologickými účinky, jsou obsaženy ve dřevě, kůře, listech a pupenech. Používají se pro výrobu léků, např. chinin, strychnin, kokain, botulin (z březových listů) a taxin (v tisovém jehličí, plodech i dřevu.V syrovém stavu jsou jedovaté! f) Laktoreziny - jsou mléčné šťávy blízké pryskyřicím, obsažené ve dřevě některých tropických dřevin nebo v kůře, např. kaučuk (z kůry stromu Hevea brasiliensis), gutaperča-podobná hmota (na izolaci elektrických kabelů). g) Proteíny (bílkoviny)-jsou látky s velmi složitými molekulami, pro život stromu velmi důležité-tvoří protoplazmu, která je nositelem životních pochodů ve dřevě. Snadno se však rozkládají a hniji. Nemají technické využiti.

21 4.3 Chemické složení větví a kůry
Větve většiny dřevin obsahují méně celulózy, více ligninu a hemicelulóz než dřevo kmene. Největší rozdíl je u BO, SM, OS. Chemické složeni kůry se velmi liší od složení dřeva. Kůra obsahuje mnohem více ligninu a mnohem méně celulózy a hemicelulóz. Kůrový lignin má složitější stavbu než dřevní.

22 Kontrolní otázky 1. Z jakých prvků se skládá dřevo?
2. Co je celulóza po chemické stránce a jaká je její funkce v buněčné stěně? 3. Jaká je funkce ligninu v buněčné stěně? 4. Co jsou hemicelulózy? 5. Co jsou to deriváty celulózy? 6. Jaké je praktické využiti celulózy, ligninu a hemicelulóz?

23

24