Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.18 Dřeviny Kapitola 10 Chemické složení dřeva Ing. Hana Márová 30.9.2012 1
Obsah 1 ÚVOD - ANOTACE... 1 2 CHEMICKÉ SLOŽENÍ DŘEVA... 2 3 DOPORUČENÁ LITERATURA... 5 4 POUŽITÁ LITERATURA... 6
1 Úvod anotace Kapitola popisuje chemické složení dřeva hlavní organické i anorganické látky, kde se ve dřevě vyskytují a jestli mají použití v praxi. Na závěr kapitoly jsou zahrnuty tři kontrolní otázky. Zpracovaný materiál je možné použít při výuce odborných předmětů oborů vzdělávání truhlář 33-56-H/01, tesař 36-64-H/01 a studijního oboru nábytkářství 33-42-M/01. 1
2 Chemické složení dřeva Dřevo se skládá z organických látek celulózy, hemicelulózy a ligninu. Prvkové složení tvoří uhlík, kyslík, dusík a vodík. Kromě těchto organických látek jsou ve dřevě přítomny i látky anorganické minerální. Po spálení z nich vzniká popel. Ten obsahuje hlavně soli alkalických zemin (vápník, draslík, sodík, hořčík). Nejvíce popele dává kůra a listí. Hlavní organické látky dřeva Celulóza je základní stavební látkou buněčné stěny (48 56 %). Chemicky náleží k polysacharidům (C 6 H 12 0 5 )n. Je stálá, nerozpustná ve vodě, ethanolu, zředěných kyselinách, alkáliích. Může se rozložit jen silnými anorganickými kyselinami a hydroxidy až na glukózu. Celulóza je chemicky pevně vázána na ostatní složky dřeva hemicelulózu a lignin. Tvoří se jako produkt fotosyntézy vlistech. Makromolekula celulózy je tvořena z nekonečného množství molekul glukózy. Tyto molekuly jsou spojené do dlouhé řady a vzájemně pootočené o 180. Molekuly glukózy jsou spojené kyslíkovými můstky. Makromolekuly celulózy jsou spojeny do svazků, nazvaných mikrofibrily a jsou v nich uloženy pravidelně. Mikrofibrily jsou vzájemně propojeny (30 50) a vytváří tvar sítě. Jsou uspořádány téměř svisle a mikroprostory mezi nimi jsou vyplněné ligninem, hemicelulózami a vodou. Pravidelná síť mřížka se nazývá krystalická oblast celulózy. Tam, kde nedošlo k pravidelnému spojení micel do mřížky, se vytvářejí střapce amorfní oblast celulózy. Obsahují volné hydroxylové (-OH) skupiny, které na sebe snadno vážou vodu a jsou příčinou hygroskopicity dřeva (přijímání vlhkosti ze vzduchu). Amorfního podílu je méně než krystalického. Celulóza získána z lignocelulózových látek se nazývá buničina. Obsahuje příměs hemicelulózy. Celulóza se zpracovává v papírenském průmyslu, v chemickém průmyslu, při výrobě viskózového hedvábí, výbušnin, laků, celuloidu.z jehličnatých dřevin lze vyrobit lepší papír než z listnatých. Převedením celulózy na glukózu se vyrábí krmné směsi. Z hemicelulózy se získává etanol, krmné směsi, cukr. Hemicelulóza je druhou hlavní složkou dřeva (23 26%). Rovněž patří k polysacharidům. Dělí se na pentosany (C 5 H 8 0 4 )n a hexosany (C 6 H 10 0 5 )n. Mají kratší řetězce než celulóza, chemicky jsou málo stálé, snadno se ze dřeva hydrolyzují a přecházejí do roztoku. Jehličnaté dřevo obsahuje převážně hexozany, listnaté pentozany. Pentozany mají v rostoucím stromě především mechanickou funkci, hexozany jsou spíše zásobní látky. Hydrolýzou hexozanů vznikají cukry, které zkvašují na líh. Lignin představuje chemicky složitou aromatickou sloučeninu, jejíž podíl ve dřevě kolísá kolem 30 %. Je částečně vázán na celulózu a hemicelulózu. Vyvolává zdřevnatění, zpevňuje mechanicky buněčnou stěnu, prodlužuje život rostliny a omezuje bobtnání. Pokud lignin izolujeme chemickým způsobem, nemá stejné složení jako lignin uložený vbuněčné bláně. Největší část ligninu je uložená ve střední lamele a primární stěně (asi 70 %), v sekundární stěně je ho mnohem méně. Část ligninu je v submikroskopických dutinách mezi celulózovými 2
mikrofibrilami. Při zpracování dřeva na celulózu působí jeho uvolnění značné potíže. Při výrobě buničiny a celulózy je lignin obsažen ve velkém množství ve výluzích. Část ligninu se zpracovává na etylalkohol, využívá se při výrobě velkoplošných stavebních materiálů, po vysušení se získá práškové palivo s velkou výhřevností a plnivo při výrobě kaučuku. Lignin z výluhů se používá pro výrobu vanilinu (vanilkový cukr). Pektiny se vyskytují hlavně v mladých stromech. Jsou součásti mladé buněčné stěny a střední lamely. Pektiny jsou složené hlavně z polysacharidů a získávají se vyluhováním vodou. Mají použití v potravinářství jako přísady do marmelád rosolovatění, vyrábějí se z nich lepidla. K pektinům patří klovatina výron z kmene ovocných stromů, který tuhne na vzduchu podobně jako pryskyřice, ale je rozpustný ve vodě (pryskyřice není) a arabská guma výron z tropických stromů. Obě látky se používají na výrobu lepidel. Průvodní látky v buněčných dutinách Třísloviny vyskytují se ve dřevě, kůře, plodech a listech většiny stromů. Vyznačují se intenzivní trpkou příchutí a vůni. Jsou rozpustné v etanolu a ve vodě. Se solemi železa dávají tmavě modré až tmavě zelené zbarvení. Na čerstvých řezech stromem se rychle okysličují a zbarvují se tmavě. Značně zvyšují trvanlivost dřeva. Zpomalují vysoušení olejových nátěrových hmot. Třísloviny srážejí bílkoviny a alkaloidy. Uplatňují se hlavně v koželužství, farmaceutickém průmyslu apod. Barviva jsou obsažena ve dřevě, kůře, listech a plodech. Nejčastěji se vyskytují barvy červená, žlutá a modrá. Nejbohatší a nejvýraznější barviva se získávají z exotických dřevin. Pryskyřice jsou těkavé sloučeniny různého složení. Největší význam má pryskyřice získána z borovice smolařením, nebo z rozemletého borového dřeva. Smolaření se provádí v lese před vytěžením stromů tak, že na spodní části kmene se v podélném pruhu odstraní kůra a šikmo proti sobě pod úhlem 70 80 se dřevo nakrojí (udělají se vrypy), které směřují po kmeni ke střednímu žlábku. Tak stéká pryskyřice do připravené nádoby. Z 1 hektaru se získá 100 až 300 kg pryskyřice za rok. Pryskyřice je nepostradatelná při výrobě terpentýnu a kalafuny. Tyto produkty jsou důležité ve farmaceutickém, textilním papírenském, mydlářském, barvířském a jiném průmyslu. Průvodní látky rozpustné ve vodě Minerální látky jsou anorganické soli alkalické, vápenité, draselné, hořečnaté, sodné, které při spalování dřeva tvoří popel. 3
Kovy zvyšují odolnost proti škůdcům. Ve dřevě dubu, hrušně, jabloně je malé množství titanu. Ve dřevě vrby a smrku se nachází měď, zinek, olovo a v dubu je i kobalt a nikl. Volné cukry, škroby, tuky tvoří ve dřevě zásobní látky a snižují jeho trvanlivost. Jsou příčinou napadení škůdci. Tuky jsou hlavně v jehličnatých dřevinách. Škroby se podle potřeby mění na jednoduché rozpustné cukry (sladká míza). Během roku se jejich množství mění. Na jaře se spotřebují na nová pletiva, na podzim se hromadí. Nemají technický význam. Saponiny jedovaté látky v některých tropických dřevinách. Dráždí kůži. Alkaloidy jsou přírodní látky s farmakologickými účinky. Vyskytují se ve dřevě, kůře, listech a pupenech. Používají se pro výrobu léků v syrovém stavu jsou jedovaté. Laktoreziny jsou mléčné šťávy podobné pryskyřicím. Obsahují je některé tropické dřeviny v kůře nebo ve dřevě ( kaučuk, gutaperča podobné hmoty s podobným použitím ). Proteiny jsou bílkoviny důležité pro život stromů. Tvoří protoplazmu. Snadno se rozkládají a hnijí. Nemají technické využití. Kontrolní otázky : 1. Jakou funkci ve dřevě má lignin? 2. K čemu se používají pektiny? 3. Kde jsou ve stromu obsažená barviva? 4
3 Doporučená literatura 1. Zdeňka Křupalová: Nauka o materiálech pro 1 a 2 ročník SOU učebního oboru truhlář, SOBOTÁLES Praha 1999, ISBN 80-85-92-0-57-3 5
4 Použitá literatura 1. Kolektiv autorů : Dřevařská technická příručka, Nakladatelství technické literatury Praha 1970, 04-821-70 2. Liptáková : Chemia a aplikacia pomocných látok, VŠLD Zvolen, 85-1048-77, rok 1977 3. Márová : Materiály učební text pro rekvalifikační kurzy, SOU Lidická 600, rok 1991 4. Křupalová : Nauka o materiálech pro 1 a 2 ročník SOU učebního oboru truhlář, SOBOTÁLES Praha 1999, ISBN 80-85-92-0-57-3 5. Žák : Materiály pro 1.ročník SOU oborů zpracování dřeva a výroba hudebních nástrojů, Nakladatelství technické literatury Praha 1986, 3346 6. Lysý, Soumarová : Materiály pro 2 a 3.ročník SOU oborů zpracování dřeva a výroba hudebních nástrojů, Nakladatelství technické literatury Praha 1975, 3305 6