Adobe Systems C9500 Užitá chemie 6. lekce Dřevo, papír Mgr. Ing. Radka Kopecká, Ph.D. 175344@mail.muni.cz C9500 Užitá chemie 1 Adobe Systems 2 Dřevo 1017_timeline Dřevo používáno od pravěku do současnosti. • Dřevo je pevné pletivo stonků vyšších rostlin, které označujeme jako dřeviny. Dřevo je zahrnováno mezi obnovitelné zdroje energie, jako jeden z druhů biomasy. Je to snadno dostupný přírodní materiál, který lidé široce využívají po celou dobu své historie. • Nejdříve se dřevo využívalo jako palivo. Později bylo používáno ke konstrukci domů, nářadí, nábytku, k výrobě papíru, atd. •svět. těžba dřeva – stále roste 4 – 5 miliard m3 •hlavní těžaři: USA, Čína, Kanada, Brazílie, Indonésie hlavní exportéři: Kanada, Rusko, USA •Využití dřeva: stavebnictví, papírenství, řemeslná dřevovýroba, domácnosti Adobe Systems Mikroskopická struktura dřeva Adobe Systems Chemické složení dřeva • Dřeva různých dřevin mají velmi podobné prvkové složení. • C: 49,5 %, O: 44,2 %, H: 6,3 % • Kromě těchto prvků je ve dřevě přítomen dusík (0,1-1 %) a anorganické prvky, •které tvoří hlavní složku popela. • Dřevo je tvořeno hlavně makromolekulárními látkami (90-98 %). •celulóza (40–50 %), lignin (20–30 %), hemicelulóza (20–30 %) • doprovodné složky další organické látky (1–3 %, u tropických dřevin až 15 %): terpeny, tuky, vosky, pektiny, třísloviny (pouze u listnatých stromů), steroly, pryskyřice, anorganické látky (0,1–0,5 %, u tropických dřevin až 5 %) – po spálení tvoří popel • voda v různém množství (podle ročního období, stupně vyschnutí dřeva atd.) nerozpustná frakce celulóza – ve vodě, zředěných kyselinách a zředěných louzích a v org.rozpouštědlech nerozpustná hemicelulózy – část rozpustná ve vodě lignin – nerozpustný, vázán na hemicelulózu a částečně i na celulózu rozpustná frakce pektin – značná část rozpustná ve vodě nestravitelné oligosacharidy : a) gumy – neutrální soli vysokomolekulárních kyselin b) vosky – za horka rozpustné, směs esterů vyšších jednosytných mastných kyselin a alkoholů • Adobe Systems •Nosné stěny buněk dřevní hmoty jsou převážně z celulózy = přírodní makromolekulární polysacharidy. •Makromolekuly celulózy se seskupují do mikroskopických fibril, které stěnu šroubovitě obtáčejí tak, že se ve stěně kříží. cellulo Celulóza • přírodní polysacharid • délka 8 000-10 000 jednotek, řetězce dlouhé 4 000 μm • řetězce vzájemně propojeny H – můstky → odolnost proti působení vody a rozpouštědel (nerozpustná v H2O, jen bobtná) • čistá celulosa – bavlněné a lněné vlákno • výroba: buničiny, papíru, viskózového a acetátového hedvábí, filmových pásů a celofánu, filtračního papíru… Adobe Systems •silně polární látka •vysoké dielektrické ztráty a permitivita •nerozpustná ve vodě a některých chemikáliích •snadno navlhá • V celulóze rozlišujeme krystalické a amorfní oblasti. •V krystalických oblastech jsou řetězce navzájem vázány sekundárními vazbami, jedná se hlavně o inter- a intramolekulární vodíkové můstky. • V amorfních oblastech celulózových vláken dochází k absorpci vody. • Molekuly vody se v první fází váží na volné hydroxylové skupiny pomocí vodíkových můstků. Další molekuly vody vytvářejí vodíkové můstky s již vázanými molekulami vody. • Sorpční schopnost celulózy se významně podílí na bobtnání dřeva. • Makromolekulární celulóza se nerozpouští v běžných rozpouštědlech. Působením silných kyselin a zásad podléhá hydrolýze, čímž se snižuje její polymerační stupeň. • Podílí se z 40-50 % na hmotnosti dřeva. woodcrosssection Adobe Systems 05-08-CelluloseArrange-L Adobe Systems •Skupina lineárních polysacharidů s krátkými postranními řetězci, průměrný polymerační stupeň je 150. •Dřevo obsahuje asi 20-30 % hemicelulóz. V listnatých dřevinách je jejich obsah vyšší. • Hemicelulózy spojují celulózová vlákna v rostlinné buňce. • Celulóza a hemicelulózy patří mezi polysacharidy a souhrnně je označujeme jako holocelulózu. • Převládají u nich amorfní oblasti. • Vlákna mají nižší pevnost a hůře odolávají chemickým látkám proti celulose. hemicelulóza • beztvará(amorfní) látka - struktura není přesně známa • rozvětvené aromatické polymery prolínají celulosu a hemicelulosu – vyplňují mezery • tvoří 20-30 % hmotnosti dřeva, v jehličnatých dřevinách je jeho obsah vyšší • základní jednotkou je fenylpropan, který je různě substituován na benzenovém jádře i v bočním řetězci • termoplasty, plní funkci tmele, rozklad při 140°C →hnědnutí dřeva • málo odolné zásadám • dodávají dřevu – tvrdost, pevnost, tvarovou stálost • zabezpečuje zdřevnatění (lignifikaci) buněčných stěn. • plastifikační přísada do betonu • lignin nevytváří ve dřevě přesně ohraničený útvar • omezuje průnik vody přes buněčné stěny, protože je hydrofobní. lignin Adobe Systems • Nejsou obvykle součástí buněčných stěn. • Lze je ze dřeva extrahovat. • Jejich složení a množství je specifické pro jednotlivé typy dřevin, jejich stáří a výskyt. • Anorganické látky (0,5-1 %) •soli Ca, K, Mg, Na, Mn, atd. •Organické látky •sacharidy •polysacharidy – škrob, pektiny •oligosacharidy •monosacharidy – galaktóza, arabinóza •fenolické látky •třísloviny (taniny) •flavonoidy •chinony •lignany •terpenoidy •alkaloidy •acyklické kyseliny •alkoholy •bílkoviny •tuky a vosky další složky dřeva Adobe Systems Činitelé působící na dřevo vázaná (= vazba uvnitř buněk mezi molekulami vody a celulosou) volná (= v buněčných kavitách, bez chem. vazby) C:\Documents and Settings\Tynushka\My Documents\My Pictures\Fotosynteza.jpg 12 H2O + 6 CO2 C6H12O6 + 6 O2+ 6 H2O % = (množství vody ve dřevě) (množství celkového vyschlého dřeva) H2O Adobe Systems Příčiny poškození dřeva Tepelná degradace • Ztráta vody (i chemicky vázané) z hemicelulosy > celulosy > ligninu • Oslabení vazeb mezi vlákny – při broušení dřeva se oddělují vlákna • Průběh ovlivněn teplotou a časem • Ztráta 1% suché hmotnosti dřeva (předsušeno 105°C, 4-5 hod.) je vyvolána zahřátím: 1 min. – 250°C 1 hod. – 195°C 1 den – 155°C 1 týden – 130°C 1 měsíc – 110°C 1 rok – 80°C • Pokles houževnatosti, odolnosti k opotřebování Kyselá hydrolýza • Rychlost při T= 20°C, slabých kyselinách – malá……dokonce uskladnění kyselin • Dřevo + voda (dlouhá doba) + přirozená kyselost dřeva (pH=4-5) – hydrolýza hemicelulosy až na monosacharidy • Loužené dřevo bez hemicelulosy – výborná stabilita Adobe Systems H2O, H+ n Fotooxidace • Dřevo vystaveno slunečnímu záření, UV záření • Suché prostředí … zhnědnutí … oxidace hemicelulosy, ligninu, celulosy • Vlhké prostředí … zšednutí … oxidace ligninu (vymytí) • Na povrchu dřeva Dřevo OX. H2O CO2 CH3OH Dřevokazné houby a dřevokazný hmyz Eumycota – Basidiomycetes, Deuteromycetes, Ascomycetes …hniloba, tlení, plísně Adobe Systems Letokruh je přírůstek dřeva vytvořený kambiem v průběhu jednoho vegetačního období. Počet letokruhů na radiálním řezu (příčný řez) odpovídá stáří stromu. (Poznáme jih nebo sever.) Letokruhy se zabývá vědní obor dendrochronologie, který využívá nepravidelností letokruhů, způsobených zejména odlišným chodem počasí v různých letech k určování doby, z níž dřevo pochází. Letokruh je zpravidla rozdělen na dvě části: Jarní dřevo je obvykle světlejší a měkčí část v letokruhu. Póry (cévy a cévice = tracheje a tracheidy) mají větší průměr než u letního dřeva. Letní dřevo je tmavší a obvykle tvrdší část letokruhu. V našich zeměpisných šířkách - letokruhy všechny dřeviny. U tropických dřevin- letokruhy nepatné. Letokruhy Datování dřeva Adobe Systems Dendrochronologie ● Tato technika byla vyvinuta ve 20. století americkým astronomem A. E. Douglass, který objevil korelaci mezi letokruhy a slunečním cyklem. ● Stromy v mírném pásmu vytvářejí v období vegetace novou vrstvu dřeva. ● Na konci vegetační doby se tvoří hustší, tmavší dřevo než na začátku vegetačního období. Rozhraní mezi těmito vrstvami vytváří letokruhy. ● Pro datování jsou důležité roky, v nichž se tvoří výrazně odlišné letokruhy, které představují záchytné body pro datování. ● Samotné datování spočívá v porovnání dostatečně dlouhé řady šířek letokruhů neznámého dřeva se standardní letokruhovou křivkou (letokruhovým kalendářem). Adobe Systems Adobe Systems Základní druhy dřeva dřevo jehličnatých dřevin – např. smrk, jedle, borovice, modřín, douglaska, jalovec, tis dřevo listnatých dřevin s kruhovitě pórovitou stavbou – např. dub, jasan, akát, jilm, morušovník, kaštanovník s polokruhovitě pórovitou stavbou – např. ořešák, třešeň, švestka s roztroušeně pórovitou stavbou dřeva – např. buk, platan, habr, olše, lípa, javor, bříza, topol, vrba, hrušeň Tvrdé a měkké dřevo Dřevo je a bylo pro lidi velmi důležitým materiálem. Každý druh dřeva má svoje zvláštní vlastnosti, což ovlivňuje možnosti jeho využití. Měkké dřevo je takové, které se snáze opracovává, pochází většinou z jehličnatých stromů, z listnatých například lipové, topolové, vrbové a další, zatím co tvrdé dřevo se získává hlavně z listnatých stromů (z jehličnatých stromů považujeme za tvrdé dřevo borovice, douglasky, tisu...). Krom několika výjimek měkká dřeva podléhají hnilobě snáze než tvrdá. Tento jev však lze omezit pomocí vhodného ošetření dřeva. Adobe Systems 17 Borovice lesní (Pinus sylvestris) Výška : 40 - 60 m Stáří: 60 a více let Opadavost: rostlina neopadavá Původ: Evropa Kůra: šedohnědá Doba květenství: květen Květy: samčí žluté na spodní straně letorostu, samičí červené stopkaté na konci výhonů Plod: Je to převislá šiška se stopkou umístěnou asymetricky. Výskyt: Na velmi suchých stanovištích. Dokáže si získat vodu z velké hloubky, díky čemuž netrpí vývraty. Má ráda volný prostor, není schopna růstu v semknutých prostorech. Charakteristika dřeva: Dřevo jádrové, běl dosti široká, barvy nažloutlé, jádro červenohnědé až hnědé. Letokruhy výrazné – ostře ohraničené jarní přírůstky od letních, rovněž i barevně výrazně odlišeny. Četné pryskyřičné kanálky patrné pouhým okem, jako drobné bílé tečky na příčném řezu. Dřeňové paprsky jsou patrné pouze pod lupou. Dřevo voní po pryskyřici, častá smolnatost. Výrazná kresba na tangenciálním řezu. Použití: Z borových kmenů se vyrábějí nejvíce výřezy pilařské, především pro truhlářské zpracování – stavební (dveře, okna, obklady, schodiště, zábradlí, obklady) výroba dýh, dřevovláknitých a dřevotřískových desek, dřevité vlny, buničiny. Adobe Systems 18 Dub zimní (Quercus petraea) Výška: až 30 - 40m Stáří: 400 až 1000 let Průměr kmene: přes 1m Charakteristika: opadavý, jednodomý, náročný na půdu, téměř po celé Evropě, stoupá do nadmořských výšek 600m, světlomilný, citlivý na chlad, vejčitá štíhlá koruna, listy dlouhé 16cm a široké 10cm, cenná lesní i parková dřevina. Dává přednost propustným, čerstvě vlhkým až suchým půdám, mokré půdy nesnáší Plody: žaludy Použití. Použití stavební truhlářství, schodiště, parkety, prahy, nábytkové truhlářství, výroba dýh, umělecké truhlářství, výroba sudů. Charakteristika dřeva: Dřevo tvrdé, těžké, velmi trvanlivé. Dřevo jádrové, běl velmi úzká, barvy světlehnědé, mohutné jádro bary žlutohnědé až temně hnědé. Nápadně velký průměr cév, patrné pouhým okem jako kruhové otvůrky na příčném řezu a jako podélné rýhy na podélných řezech, které nelze obráběním odstranit. Dřeňové paprsky mohutné, jeví se na podélných řezech jako tmavé dlouhé pruhy, na příčném řezu jako zrcátka různých tvarů a velikostí. Jarní přírůstky jsou barevně odlišné od letních, přechod je však pozvolný. Kresba na tangenciálním řezu dosti výrazná Adobe Systems 19 Buk lesní (Fagus sylvatica) Výška: od 30 do 40 m Stáří: dožívá se 25 až 500 let. Tvar: široce kuželovitý Vytrvalost listů: opadavé Typ listů: jednoduché, celistvé, střídavé, vejčité, okraj čepele celokrajný Kůra: šedá, hladká Doba květu: květen Plody: trojboké nažky dlouhé 10 mm, hnědá barva, začíná plodit v 50 až 80 letech (1kg = 2-4 tisíce semen) Semenné roky: po 5-8(-10) letech ·Výskyt: Nesnáší promokřené nebo podmáčené lokality. Nejlépe roste na humózních půdách s bohatým obsahem vápníku. Použití: Nábytkové truhlářství, bukové dřevo se také výborně hodí na výrobu ohýbaného nábytku, dále se z něj vyrábějí hračky, kuchyňské nářadí, dříve i železniční pražce. Charakteristika dřeva: Dřevo starých stromů někdy vykazuje tzv. nepravé jádro – barevně odlišenou vnitřní část kmene, která není ohraničena letokruhem. Cévy pouhým okem nezřetelné. Dřeňové paprsky široké, velmi dobře znatelné, tvořící nápadné čáry na příčném řezu a na tangenciálním řezu černé nahnědlé čárky – důležitý poznávací znak. Letokruhu a kresba neznatelné. Dřevo buku je tvrdé, těžké, málo trvanlivé.Jedinou nevýhodou syrového buku je nutnost ho po pokácení velice rychle zpracovat jinak se dřevo zapaří. Adobe Systems 20 Jasan ztepilý(Fraxinus excelsior) Výška: 21 až 30 m Stáří: 150 a více let Původ: Evropa, Kavkaz Listy: lístky podlouhlé, 3-10 cm dlouhé Kůra: kůra v mládí hladká, šedozelená, u starších jedinců tmavší, hluboce rozbrázděná borka Plody: křídlaté nažky, na bázi většinou zaokrouhlené Charakteristika dřeva:Dřevo velmi tvrdé, velmi pružné, velmi těžké, trvanlivé. Dřevo jádrové, běl široká, barvy žlutobílé, málo vyvinuté jádro je světlehnědé. Cévy vytváří na podélném řezu nápadné rýhy, dřeňové paprsky jsou viditelné pouze pod lupou. Letokruhy jsou dost výrazné, tak jako i kresba. Použití: V nábytkovém truhlářství (dýhování, parkety, tělocvičné nářadí, kvalitní topůrka, dříve i letecké vrtule. Dřevo je vhodné i na soustružení. Habr obecný(Carpinus betulus) lBarva dřeva: běl a jádro žlutavě bílé až šedé, bez zbarvení jádra. lVlastnosti: velmi tvrdé, těžké, tuhé a ohebné, při sušení hodně sesychá, trhá se a bortí, těžko se opracovává, dobré zpracování povrchu. lPoužití: plaz hoblíku, držadla nástrojů, topůrka pro kladiva a jiné nástroje l l l l l Lípa srdčitá(Tilia cordata) lBarva dřeva: běl běložlutá až lehce načervenalá, velmi široká, vyzrálé dřevo stejně zbarvené. lVlastnosti: měkké, lehké, tuhé a značně elastické, středně ohebné, dobrá rozměrová a tvarová stálost, za určitých podmínek se dobře suší, dobře se opracovává, dobré zpracování povrchu. lPoužití: řezbářské a soustružnické práce, umělecké prvky, rýsovací stoly, překližkové dýhy, poddýžky Adobe Systems 22 Adobe Systems 23 Papír Papír je tenký, hladký materiál vyráběný zhutněním vlákna. Použitá vlákna jsou obvykle přírodní a založená na celulóze. Nejobvyklejší materiál je buničina vyrobená ze dřeva (většinou smrku), či ze sekundárních vláken (sběrový papír), ale mohou být použity i jiné rostlinné vláknité materiály jako bavlna, a konopí, vlákna bource morušového, ale i jiné alternativní suroviny. Vláknina = jednotlivá rostlinná vlákna, která tvoří řetězce neškrobových polysacharidů http://www.abctechsystem.cz/files/drevo.jpg http://www.visnove.cz/proobcany/wp-content/uploads/2011/03/sber.jpg http://www.myslivecke-zbozi.cz/fotky7141/bavlna.jpg http://www.krystalhelp.cz/obrazy/konopi.gif Zdroje vlákniny (dřevo, sběrový papír, bavlník, konopí) Adobe Systems 24 Adobe Systems Zápatí prezentace 25 Adobe Systems Zápatí prezentace 26 Adobe Systems Zápatí prezentace 27 Adobe Systems Zápatí prezentace 28 Adobe Systems Zápatí prezentace 29 Obsah obrázku text, osoba, snímek obrazovky Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky Zápatí prezentace 30 Fyzikální vlastnosti Zápatí prezentace 31 Adobe Systems Zápatí prezentace 32