PODSTAWOWE SKŁADNIKI 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 — OCH

3

, 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, alkaloidy, lateksy i inne mniej ważne
substancje.



Obok substancji organicznych w drewnie występują także
substancje mineralne, które po spaleniu drewna dają
popiół. Udział związków mineralnych w stosunku do
ciężaru drewna w stanie powietrznosuchym jest
nieznaczny; np. w drewnie sosnowym udział ważniejszych
związków mineralnych przedstawia się następująco:



K

2

O — 0,04%

P

2

O

5

— 0,02%



Na

2

O — 0,01%

SO

3

— 0,01%



MgO — 0,03%

SiO

2

— 0,04%

CaO — 0,14%



Około 10-25% popiołu składa się z substancji
rozpuszczalnych w wodzie. Są to przede wszystkim węglan
potasowy (potaż) K

2

CO

3

i węglan sodowy, Na

2

CO

3

(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.

CELULOZA



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 ok. 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.



Celuloza jest związkiem wielkocząsteczkowym o sumarycznym
wzorze (C

6

Hi

0

O

5

).



Związki wielkocząsteczkowe odznaczają się tym, że cząsteczki ich
zbudowane są z po wtarzających 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.



«C

5

H

12

O

6

—«H

2

O—(C

6

H

10

O

5

)„

glukoza woda celuloza



Cząsteczka celulozy ma budowę łańcuchową i składa się z reszt
glikozydowych, powiązanych mostkami tlenowymi. Łańcuchy
celulozowe w obszarach uporządkowanych powiązane są między
sobą wiązaniami wodorowymi, wskutek czego tworzą one
trójwymiarową siatką przestrzenną.



Działając na drewno kwasami mineralnymi lub organicznymi
przeprowadza się celulozę w cukier gronowy, czyli glukozę, według
reakcji:



(C

6

H

10

O

5

)„ ł-«H

2

O = «C

6

H

12

O

6



Fizyczne i mechaniczne właściwości oraz techniczna wartość celulozy
zależą od dłu gości 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 wyodręb nionej 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, -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 -celuloza rozpuszczają się
w 17,5% roztworze ługu sodowego i przechodzą do roz tworu.
Stopień polimeryzacji -celulozy jest niższy od 200, a dla-
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
siedliskowych, od jakości i cech strukturalnych drewna oraz metody
produkcji. Drewno iglaste zawiera więcej celulozy niż drewno liściaste, poza
tym długość i smukłość (stosunek długości włókna do jego grubości) włókna
celulozowego kształtuje się w drewnie iglastym (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 w metrach przestrzennych lub sześciennych, lecz również
ilość suchej substancji zawarta w jednostce objętości drewna. Kryterium
oceny porównawczej stanowi względny ciężar właściwy g

W

z

g

; jest to

stosunek ciężaru drewna suchego (<J

0

przy wilgotności 0%) do jego

objętości przy maksymalnym spęcznieniu (F

max

— wilgotność powyżej punktu

nasyce nia włókien):



Go
e

w

.

g

=------------ g/cm 3 lub kg/m'.



' max



Wpływ siedliska na wydajność celulozy z drewna
świerkowego przedstawiają liczby zestawione w tab. 7.
Wyższą wydajność celulozy z drewna północnego tłumaczy
się tym, że drzewa rosnące w klimacie surowym
(północnym lub górskim) wytwarzają mniej ligniny.



Według- opracowań statystycznych FAO (FAO — Food and
Agriculture Organisation'of the'United Nations.)



ekwiwalent surowcowy potrzebny do wy produkowania
wyrobów przemysłu celulozowego przedstawia się
następująco:

HEMICELULOZY



Celulozie towarzyszą węglowodany z grupy
polisacharydów, objęte zbiorową nazwą
hemiceluloz. Udział hemiceluloz wynosi — zależnie
od gatunku drewna — od 18 do 35%.



Mianem hemiceluloz określa się węglowodany nie
rozpuszczające się w wodzie, a ulegające
hydrolizie w czasie gotowania z rozcieńczonymi
kwasami mineralnymi.



Hemicelulozy są to związki niejednolite,

obejmujące substancje dwojakiego rodzaju:



1) substancje odporne na działanie kwasów,

zbliżone właściwościami do celulozy,



2) sub stancje ulegające łatwo hydrolizie,

zbliżone właściwościami do skrobi. Fizyczne i

mecha niczne właściwości hemiceluloz zajmują

miejsce pośrednie między właściwościami

skrobi i celulozy. W masach celulozowych

przeznaczonych do przerobu na papier

pożądana jest zawartość hemiceluloz w ilości 6-

8%. Ich obecność zwiększa zdolność pęcznienia

masy, dzięki czemu zwiększa się zdolność

spilśniania włókien i zaklejania masy

papierniczej. W masach natomiast

przeznaczonych do dalszego przerobu

chemicznego, zwłasz cza na sztuczne włókno,

obecność hemiceluloz jest niepożądana. Mają

one inną niż celuloza zdolność reagowania z

odczynnikami chemicznymi, co wpływa ujemnie

na przebieg i wyniki procesu technologicznego.



Przy gotowaniu celulozy część hemiceluloz ulega

hydrolizie i w postaci cukrów prostych przechodzi

do ługów pocelulozowych. Dzięki temu ług

pocelulozowy, powstający przy siarczynowym

roztwarzaniu drewna, można w części wykorzystać

do produkcji alkoholu etylowego.



W skład substancji ulegających hydrolizie wchodzą

głównie pentozany i heksozany.



Pentozany występują w drewnie wszystkich

gatunków drzew; pierwsze miejsce co do

ilościowego udziału zajmują w pentozanach ksylan

(C

5

H

8

O

4

)„ i araban. Ksylan i araban przechodzą pod

wpływem hydrolizy w cukry proste D-ksylozę i L-

arabinozę, które nie podlegają fermentacji,

natomiast mogą służyć za substrat do produkcji

drożdży (białko pastewne). Przy ogrzewaniu z

kwasami pentozany wydzielają wodę i przechodzą

w furfurol C5H4O2, który ma duże znaczenie w

przemyśle mas plastycznych. Surowcem do

produkcji furfurolu są odpady przemysłu

drzewnego, np. trociny bukowe lub dębowe,

dębowa strużka poekstrakcyjna i inne.



Heksozany są to węglowodany występujące w

drewnie, o sumarcznym wzorze (C

6

Hio0

5

). Są to

polisacharydy o właściwościach mechanicznych

zbliżonych do celulozy; najliczniej występuje

mannan, w znacznie mniejszej ilości — galaktan i

fruktan. Heksozany ulegają hydrolizie przy

ogrzewaniu z rozcieńczonymi kwasami

mineralnymi, przyłączają wodę, depolimeryzują i

przechodzą w heksozy, tj. cukry proste, w myśl

wzoru:



(C

6

U

10

O

5

)

H

+nH

2

O-> nC

6

R

l2

O

6



Ilościowy udział pentozanów i heksozanów w

drewnie poszczególnych gatunków drzew podaje

tabeli. Z liczb zestawionych w tabeli wynika, że w

drewnie liściastym udział pentozanów jest 4—5

razy większy niż heksozanów; w drewnie iglastym

pentozany i heksozany występują w ilościach w

przybliżeniu równych.



Hydroliza drewna, prowadzona w odpowiednio
dobranych warunkach, powoduje rozkład
występującej w drewnie celulozy i hemiceluloz na
cukry proste. Cukry te można uważać za produkt
końcowy, np. w postaci wykrystalizowanego cukru
gronowego, lub traktować je jako produkt
pośredni, z którego można otrzymać alkohol
etylowy lub drożdże (białko pastewne). Przemysł
oparty na hydrolizie drewna rozbudowano do
dużych rozmiarów w Związku Radzieckim;
zapoczątkowano go również w Bułgarii. W Polsce i
w innych krajach Europy hydroliza drewna nie
znalazła zastosowania w przemyśle drzewnym.

SUBSTANCJE PEKTYNOWE



Substancja międzykomórkowa tworząca blaszki
środkowe jest zbudowana w młodych tkankach
głównie z substancji pektynowych. W starszych,
drewniejących komórkach udział pektyn w
blaszkach środkowych maleje, wzrasta natomiast
udział ligniny. Przypuszcza się, że w miarę
dojrzewania drewna pektyna przechodzi w
hemicelulozy, które z kolei przechodzą w ligninę.
W skład substancji pektynowych wchodzą: kwas
galakturonowy, heksozy i kwasy uronowe.
Zawartość pektyny w drewnie iglastym wy nosi 4-
6%, w drewnie liściastym 6-8%.



Substancje pektynowe zawierają hydrofiłowe grupy

karboksylowe COOH; wiąże się z tym duża zdolność

wchłaniania wody i duże pęcznienie. Zdaniem Frey-

Wysslinga anizotropia pęcznienia i kurczenia się

drewna jest związana z pęcznieniem substancji

pektynowych nierównomiernie rozmieszczonych w

drewnie. Wzdłuż promieniowych ścian komórek w

blaszkach środkowych ułożone są grubsze warstwy

pektyn niż wzdłuż ścian stycznych. Następstwem

tego jest większe kurczenie się i pęcznienie drewna

w kierunku stycznym niż w kierunku promieniowym,

gdzie suma grubości warstw pektynowych jest

mniejsza.



W produkcji papieru rozpuszczone substancje

pektynowe powodują sklejanie się masy

papierniczej, co zwiększa wytrzymałość i podwyższa

jakość papieru.

LIGNINA



Błonnikowy szkielet błony komórkowej jest
inkrustowany i otulony ligniną. Lignina jest ciałem
bezpostaciowym, o skomplikowanej i
niedostatecznie wyjaśnionej budowie chemicznej.
Przypisuje się jej wzór: C39H29O

6

(OH)5(OCH

3

)4. W

ligninie stwierdzono między innymi ok. 20%
związków aromatycznych oraz grup
metoksylowych OCH3, z których w procesie suchej
destylacji drewna powstaje alkohol metylowy.



Elementarny skład ligniny (w porównaniu z
celulozą), wyrażony w % suchej substancji
przedstawia się następująco:



Ilościowy udział ligniny w drewnie wynosi od 26 do

30%, zależnie od gatunku drewna i od stopnia

zdrewnienia błony komórkowej. Lignina zawiera

substancje działające tok sycznie na niektóre

bakterie i grzyby, wskutek czego jej odporność na

procesy rozkładowe jest większa niż odporność

czystej celulozy; utrudnia to penetrację bakterii i

grzy bów, co zwiększa trwałość drewna.



W porównaniu z celulozą lignina jest mniej

odporna na działanie odczynników chemicznych i

rozpuszcza się w alkaliach przy zwiększonym

ciśnieniu i podwyższonej temperaturze. W

przeciwieństwie do celulozy i hemiceluloz lignina

nie ulega hydrolizie pod wpływem kwasów, wobec

czego przy scukrzaniu drewna stanowi produkt

odpadowy, wymagający dalszego przerobu.



Pod wpływem światła lignina żółknie i brunatnieje.

Dlatego papiery zawierające ścier drzewny

ciemnieją, natomiast papiery wyprodukowane z

celulozy bez dodatku ścieru, tzw. papiery

bezdrzewne, nie zmieniają barwy pod wpływem

światła. W temperaturze rzędu 130°C lignina staje

się plastyczna, a po ochłodzeniu z powrotem

twardnieje. Dzięki temu lignina może stanowić

naturalne lepiszcze w produkcji brykietów i płyt

trocinowych, płyt pilśniowych i wiórowych oraz

materiał wyjściowy do produkcji mas plastycznych.



Metody wykorzystania ligniny nie są dotychczas

opracowane. Do przerobu na wanilinę, garbniki

syntetyczne i lepiszcze wykorzystuje się nieznaczny

ułamek, a większość trujących odpadów odprowadza

się do zbiorników wodnych (rzeki, jeziora, morze).

Obowiązek ochrony środowiska wodnego przed

zgubnym wpływem ścieków fabrycznych stwarza

konieczność budowy bardzo kosztownych (rzędu 100

min zł) oczyszczalni.

MATERIAŁY ZAPASOWE



Materiałami zapasowymi w drewnie są cukry, skrobia

i tłuszcze. Wytwarzanie substancji organicznej w

liściach drzew odbywa się poprzez fotosyntezę i

działanie enzymów. Dzięki energii promieni

słonecznych, pochłanianej przez chlorofil w

komórkach miękiszowych liści, roślina buduje materię

organiczną z wody pobranej z gleby i z dwutlenku

węgla pobranego z powietrza, wydzielając przy tym

wolny tlen. Jest to reakcja endotermiczna. Produktem

asymilacji jest glukoza C

6

H

12

O

6

. Łatwo rozpuszczalny

cukier wędruje w postacji roztworu do komórek

miękiszowych łyka, promieni rdzeniowych i miękiszu

drzewnego, gdzie zostaje zmagazynowany. Roślina

przechowuje materiały zapasowe w postaci skrobi,

która ma taki sam wzór sumaryczny jak celuloza;

różnica polega na niższym niż u celulozy stopniu

polimeryzacji. Skrobia gromadzi się w żywych

komórkach bielu w postaci widocznych pod

mikroskopem ziarn, zawieszonych w plazma-tycznej

treści komórek.



Materiały zapasowe stanowią podstawę procesów
życiowych drzewa; umożliwiają one:



1) wiosenny rozwój pączków i liści,



2) budowę nowo powstającego słoju rocznego,
którego znaczna część formuje się przed
rozwinięciem liści i rozpoczęciem asymilacji,



3) okresowe wytwarzanie nasion,



4) regulowanie ciśnienia osmotycznego w
komórkach przez przemianę skrobi na cukry.



Przechowywane materiały pokarmowe występują w postaci związków
tłuszczowych i nierozpuszczalnej w wodzie skrobi. Zapasy skrobi
mogą być jednak łatwo uruchomione, gdyż skrobia ulega pod
wpływem działania fermentu diastazy hydrolizie na cukry, które w
postaci roztworu dochodzą do miejsc przeznaczenia. Skrobia
gromadzi się w bielu, wypełniając żywe komórki najbardziej
zewnętrznych słojów. W miarę zwiększania się zapasów skrobia
gromadzi się w głębiej leżących słojach. U buka zasięg skrobi nie
przekracza 50 zewnętrznych słojów. W zimie, pod wpływem niskich
temperatur, skrobia w zewnętrznych słojach drzewa ulega
scukrzeniu. Przetworzenie skrobi na rozpuszczalne w wodzie cukry
powoduje wzrost stężenia soków w komórkach miękiszowych,
wskutek czego obniża się tempera tura zamarzania treści
komórkowej. W ten sposób zwiększa się odporność komórek, a tym
samym drzewa, na działanie niskiej temperatury. W przypadku
długotrwałych mrozów scukrzenie skrobi posuwa się stopniowo w
głąb drzewa, w skrajnych przypadkach cały zasób skrobi ulega
scukrzeniu.



Zawartość skrobi w drzewach przedstawia się następująco:



Substancje zapasowe odgrywają dużą rolę w

procesach życiowych drzew. W ściętym drzewie są one

czynnikiem ujemnym, gdyż stanowią pożywkę dla

rozwijających się w drewnie grzybów i bakterii. Larwy

niektórych owadów, np. rodzaju Lyctus, rozwijają się i

żyją tylko w drewnie zawierającym skrobię. Komórki

miękiszowe utrzymują się przy życiu przez długi czas

po ścięciu drzewa, zużywając materiały zapasowe na

podtrzymanie procesów życiowych. Powolne

zamieranie i rozkład treści żywych komórek

rozpoczyna proces zaparzenia drewna. Drewno

bielaste, zawierające żywe komórki i skrobię, stanowi

podłoże dla rozwoju różnego rodzaju mikroorganizmów

i wskutek tego jest mniej odporne na działanie

procesów rozkładowych niż drewno twardzieli.

WYDZIELINY DRZEWNE



W drzewach występują substancje organiczne, które

stanowią produkty przemiany materii i nie ulegają

dalszym zmianom biochemicznym. Substancje te,

określone mianem wydzielin, gromadzą się we

wnętrzu komórek lub tkanek drzewnych. Do ważnych

gospodarczo wydzielin zalicza się żywice, olejki

eteryczne, gumy, garbniki, alkaloidy i lateksy.

Substancje te wytwarzane są w tkankach i

komórkach wydzielniczych; szczególnie ważne

spośród nich są przewody żywiczne i rurki mleczne.

Żywice



W drewnie i w korze drzew iglastych występują

związki żywiczne określane mianem żywicy.

Żywica, odgrywająca rolę ochronnego czynnika

antyseptycznego (za bliźnianie uszkodzeń,

przeciwdziałanie biologicznemu rozkładowi

drewna), gromadzi się w poziomych i pionowych

przewodach żywicznych oraz w komórkach błony

komórkowej. W przewodach żywicznych bielu

występuje płynna, fizjologicznie czynna żywica,

określana mianem żywicy balsamicznej. W toku

przemiany bielu na twardziel zwiększa się ilość i

zmienia się jakość żywicy. Żywica występująca w

twardzieli spełnia rolę wypełniacza oraz środka

antyseptycznego, zwiększającego trwałość

drewna.



Żywica balsamiczna jest to roztwór stałych kwasów

żywicznych w mieszaninie terpenów (terpentynie).

Lotne olejki łatwo ulatniają się na powietrzu, wskutek

czego żywica gęstnieje i w końcu krzepnie. Świeżo

zebrana żywica jest półpłynna, żółtawa, o barwie i

konsystencji świeżego miodu. Brudnoszare zabarwienie

żywicy świadczy o dużej zawartości wody i

zanieczyszczeniu. Na powietrzu żywica gęstnieje i

przybiera kolor biały. Żywica pozyskiwana w toku

żywicowania jest zawsze mniej lub więcej

zanieczyszczona; średni skład takiej żywicy przedstawia

się następująco: kalafonia (stałe kwasy żywiczne) 70%,

terpentyna 24%, woda 5,5%, zanieczyszczenia 0,5%.



Drewno jodły, cisa i jałowca nie zawiera żywicy.

Pozostałe krajowe gatunki iglaste zawierają żywicę;

najbardziej żywiczne jest drewno sosnowe i

modrzewiowe. Słabo żywiczne drewno świerkowe oraz

wolne od żywicy drewno jodłowe nadają się, dzięki

bezwonności, do produkcji opakowań (komplety

skrzynkowe, beczki, wełna drzewna) na produkty

spożywcze.

Żywicowanie sosny; widoczna spala z rowkiem
ściekowym, żeberkami i zbiornikiem na żywicę



Żywicę balsamiczną pozyskuje się przez żywicowanie

drzewostanów sosnowych na kilka lat przed ich

wyrębem.



Mianem żywicowania określa się nacinanie drzew dla

spowodowania wycieku żywicy. W Polsce stosuje się

żeberkową metodę żywicowania, opracowaną przez

Instytut Badawczy Lasów Państwowych. Z początkiem

wiosny wykonuje się na pniach przeznaczonych do

żywicowania sosen spały, czyli symetrycznie

rozmieszczone na pniu, podłużne, okorowane na

czerwono pasy. Spały są oddzielone od siebie pasami

życiowymi; są to około 15 cm szerokie pasy

nienaruszonej kory, konieczne dla utrzymania krążenia

asymilatów. W pośrodku spały żłobi się pionowo

ustawiony rowek ściekowy, zakończony u dołu

zbiornikiem na żywicę. Następnie wykonuje się w

różnych odstępach czasu (co kilka dni) ukośne nacięcia,

zwane żłobkami, pozostawiając między nimi wąskie

paski nienaruszonej kory i drewna, tzw. żeberka. Żłobki

ustawione są pod kątem 45° do pionowego rowka

ściekowego. Pierwszą parę żłobków nacina się na

poziomie szyi korzeniowej. Następne żłobki umieszcza

się coraz wyżej, żłobiąc przy każdym kolejnym nacinaniu

po dwa żłobki (prawy i lewy); równocześnie czyści się

rowek ściekowy z zakrzepłej żywicy oraz wybiera się

żywicę nagromadzoną w zbiorniku.

Lateksy



Są to soki zbliżone do żywic, występujące w
rurkach mlecznych niektórych roślin. Soki te
stanowią punkt wyjściowy do otrzymywania
kauczuku; rośliny dostarcza jące lateksu określa się
mianem roślin kauczukodajnych. W lateksie
występują, w postaci koloidalnej zawiesiny, drobne
krople kauczuku, guty, żywic i innych ciał.



Kauczuk jest substancją bezpostaciową, o barwie od

żółtawej do prawie czarnej. Rozpuszcza się on w szeregu

rozpuszczalników, a zwłaszcza w dwusiarczku węgla.

Podczas rozpuszczania kauczuk silnie pęcznieje,

wchłaniając rozpuszczalnik w ilości do 40 razy większej

od własnego ciężaru. Kauczuk naturalny jest mieszaniną

polimerów izoprenu (CsHg),, o różnym stopniu

polimeryzacji. Stopień polimeryzacji, czyli ilość

cząsteczek izoprenu w polimerach kauczuku (wartość «),

waha się w granicach 1 000--3 000, dochodząc w

wyjątkowych przypadkach do 5 000.



Kauczuk stanowi surowiec wyjściowy do produkcji gumy.

Gumę otrzymuje się przez wulkanizację, działając na

kauczuk siarką lub substancjami zawierającymi siarkę.

Otrzymana z kauczuku guma charakteryzuje się

przewagą właściwości elastycznych nad plastycznymi,

nieznaczną zmianą elastyczności w granicach

temperatur od — 25° C do + 100°C, kilkakrotnie wyższą

w porównaniu z kauczukiem wytrzymałością na

rozciąganie i nierozpuszczalnością w związkach

rozpuszczających kauczuk. W celu otrzymania gumy

wprowadza się do kauczuku 0,1-5% siarki w stosunku do

ciężaru kauczuku. Przy dawkach siarki wynoszących 25-

50% otrzymuje się różne rodzaje ebonitu.

Garbniki



Mianem garbników określa się substancje używane

do garbowania skór. Garbowanie jest podstawowym

procesem wyprawy, której celem jest przetworzenie

surowej skóry na materiał elastyczny,

nieprzemakalny i wodoodporny, nie ulegający gniciu i

mający wymaganą wytrzymałość. Głównym

składnikiem skóry są proteiny (sub stancje białkowe);

około 95% tych substancji stanowi kolagen, w którym

występują grupy aminowe (NH2) i grupy

karboksylowe (COOH). Garbowanie skór polega na

wią zaniu się dodatnio naładowanych grup aminowych

kolagenu z ujemnie naładowanymi grupami

hydroksylowymi (OH) garbnika. Do garbowania służą

garbniki organiczne i garbniki mineralne. W grupie

garbników organicznych główną rolę odgrywają

garbniki roślinne, występujące w zmiennej ilości w

różnych gatunkach i w różnych częściach roślin.



Garbniki roślinne występują w korze, w drewnie, w liściach i w owocach;
znaj dują się one np. w korze świerka, dębu i wierzby, w drewnie dębu,
kasztana, a zwłaszcza w drewnie ąuebracho, w liściach sumaka i w
owocach divi-divi. Garbniki występują również w patologicznych
naroślach, np. w galasówkach, które powstają na liściach dębowych pod
wpływem owadów {Cynips ąuercus folii L.). Garbniki występują albo w
soku komórkowym żywych komórek, albo w komórkach pozbawionych
plazmy. Ich charakterystyczną cechą jest cierpko-gorzki smak,
rozpuszczalność w wodzie i w alko holu, niebieski barwnik powstający w
wyniku reakcji garbnika ze związkami żelaza oraz tworzenie osadów z
białkiem i z niektórymi alkaloidami. Wskutek utleniania garbniki
przechodzą we flobafeny, bezpostaciowe związki o czerwonobrunatnym
zabarwieniu.



Do najlepiej zbadanych substancji garbnikowych należą taniny;
występują one w znacznej ilości w drewnie dębowym oraz w
galasówkach, w których zawartość taniny wynosi 35-75%. Tanina daje z
substancjami białkowymi nierozpuszczalne związki. Na tym polega jej
działanie garbujące oraz bakteriobójcze. Bakterie, jako organizmy w du
żym stopniu białkowe, przerywają wskutek działania taniny swój rozwój.
Z tego względu taninę stosuje się jako środek leczniczy w niektórych
chorobach. W surowcach garbnikowych występują obok siebie garbniki,
czyli związki gar bujące, i niegarbniki, czyli związki nie garbujące.
Niegarbniki składają się z cukrów, kwasów oraz barwników i są
rozpuszczalne w wodzie

ODCZYN DREWNA



Woda, w której rozpuszczają się wszystkie elektrolity,

jest sama bardzo słabym elek trolitem. Cząsteczki wody

rozpadają się w drodze dysocjacji na jony:



H

2

O ^ H+ + OH-



Reakcja przebiega w obydwóch kierunkach, tak że w

parze z rozkładem cząsteczki wody na jony, w tym

samym stopniu przebiega łączenie się jonów w

cząsteczki, czyli istnieje stan równowagi zależny od

warunków fizykochemicznych. Woda destylowana

zawiera jednakową ilość jonów H+ i OH~, wobec czego

jej odczyn jest obojętny. Stopień dysocjacji czystej wody

w temperaturze 22° C wynosi jedną dziesięciomilionową

gramocząsteczki, czyli 1 • 10-7 gramocząsteczki H

2

O w

1 1 wody lub 1 gramocząsteczkę (czyli 18 g) na 10

milionów litrów (10

7

1). W tych warunkach w 10

milionach litrów 18 g wody jest zdysocjowane na jony

H+ i OH~. Z każdej cząsteczki wody powstaje jeden jon

H

+

i jeden jon OH~; wobec tego, stężenia obydwóch

jonów w czystej wodzie są sobie równe i wynoszą 10~

7

(odczyn obojętny):



[H+] = [OH-] = 10-7 gramojonów/litr.



Dla uproszczenia zagadnienia przyjęto, że charakter

roztworu wyraża się stężeniem jonu wodorowego,

co pośrednio określa w jednoznaczny sposób

stężenie jonu wodoro tlenowego. I tak np. roztwór o

stężeniu jonu wodorowego 10~

2

ma charakter

kwaśny; stężenie jonu wodorotlenowego wynosi

10~

12

, a iloczyn jonowy 10~

14

,



Odczyn drewna ulega zmianie pod działaniem

wysokiej temperatury (powyżej 150° C). Jest to

powodowane odszczepianiem się grup acetylowych

i tworzeniem kwasu octo wego. W przypadku

wysokiej wilgotności drewna, w środowisku wody

lub nasyconej pary wodnej, następuje hydroliza

węglowodanów i ich pochodnych wchodzących w

skład blaszki środkowej, łączącej komórki. W

pierwszym rzędzie rozkładowi hydrolitycznemu

ulegają związki pektynowe i pentozany, a dopiero w

drugiej kolejności heksozany i nawet sama

celuloza. Ogólnie biorąc, następuje depolimeryzacja

nierozpuszczalnych w wodzie polimerów i

powstawanie związków niskocząsteczkowych

(pentozy i heksozy). które rozpuszczają się w

wodzie.



W drewnie gatunków liściastych, zawierających w

składzie hemiceluloz więcej pen-tozanów niż

drewno gatunków iglastych, reakcja hydrolizy

przebiega intensywniej.



Omówione zmiany chemiczne mają istotne

znaczenie w niektórych dziedzinach prze mysłu

drzewnego, np. w produkcji płyt pilśniowych

metodą mokrą, gdzie zmiana od czynu i stopień

hydrolizy powodują przejście do roztworu pewnej

ilości składników drewna, co powoduje straty

materiałowe i obciążenie ścieków przemysłowych.

KOROZJA DREWNA



Mianem korozji określa się zmiany, jakie zachodzą w powierzchniowej

warstwie materiału wskutek działania czynników atmosferycznych,

chemicznych i elektrochemicz nych. Z powierzchniowej warstwy korozja

przenika stopniowo w głąb, powodując che miczne zmiany materiału, jego

ubytek i porowatość oraz ubytek ciężaru. Odporność materiału na korozję

określa się przez podanie ubytku ciężaru badanego materiału wy rażonego w

g na jednostkę powierzchni (m

2

) i jednostkę czasu (h). Ocenę odporności

przeprowadza się na podstawie skali przedstawionej w tabeli



Drewno odznacza się większą odpornością na

korozję niż ciężkie metale nieszlachetne (zwłaszcza

żelazo), przy czym drewno iglaste jest bardziej

odporne niż drewno liściaste.



Jedną z form korozji jest zszarzenie, będące

następstwem rozkładu drewna pod wpływem

czynników zewnętrznych, bez udziału czynników

biologicznych (grzyby, bak terie, owady). Rolę

destrukcyjną odgrywa tu światło, działanie promieni

słonecznych, utlenianie, zmiany temperatury i

wilgotności powietrza oraz działanie wiatru i

opadów atmosferycznych. Pod ich wpływem drewno

traci naturalny kolor i przybiera barwę po piołu ;

powierzchnia drewna staje się szorstka, zewnętrzne

warstwy — kruche, jedno cześnie zaś zaznacza się

rosnący z czasem ubytek ciężaru. W przypadku

bezpośredniego nasłonecznienia zjawiska te

przebiegają dwa razy prędzej niż w drewnie, które

znajduje się w cieniu. W ślad za zszarzeniem i

fizykochemiczną destrukcją drewna idzie opano

wanie drewna przez grzyby, które zapoczątkowują

jego rozkład biologiczny

Działanie zasad na drewno



Roztwory zasadowe rozpuszczają

hemicelulozy oraz powodują zmydlanie żywic

występujących w drewnie. Drewno wykazuje

dużą odporność na działanie zimnych

roztworów o niskim stężeniu. Zasady o

wyższych stężeniach rozpuszczają

hemicelulozy i część ligniny. Intensywność

działania roztworów alkalicznych zwiększa się

w przypadku rozdrobnienia drewna (większa

powierzchnia reakcji) oraz stosowania

wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. W

praktyce wykorzystuje się te zjawiska w

alkalicznych metodach wyodrębniania

celulozy.

Działanie kwasów na drewno



Ocenę warunków powodujących korozję przeprowadza

się określając wartość pH. Drewno ma dużą odporność

na działanie kwasów; korozja zaczyna się dopiero w

silnie kwaśnych roztworach, poniżej wartości pH = 2. W

granicach 2 < pH < 7 nie ma niebezpieczeństwa korozji,

beton i żelazo ulegają natomiast jej działaniu już przy

pH < 5.



Obniżenie wytrzymałości drewna pod wpływem korozji

określa się na próbkach



0

wymiarach 2 x 2 x 30 cm, zanurzonych przez

odpowiednio długi okres czasu (np. 4 ty

godnie) w badanych roztworach.



Kwas siarkawy (H

2

SO

3

) i dwutlenek siarki (SO

2

),

występujące w gazach spalinowych



1

dymach fabrycznych, atakują drewno nawet przy

małych stężeniach; odporność drewna

jest jednak większa niż odporność żelaza.

Odporność drewna na korozję



Drewno, w porównaniu z innymi materiałami, wyka zuje

dużą odporność na działanie kwasów, zasad i innych

czynników powodujących korozję. Z tego względu nadaje

się do budowy kadzi, zbiorników, przewodów, rurociągów i

części urządzeń produkcyjnych w przemyśle chemicznym.



W przemyśle chemicznym należy stosować tarcicę

twardzielową, gdyż biel jest mniej odporny na korozję i

mniej trwały. Ze względu na dużą zawartość żywicy na

konstrukcje chemiczne najlepiej nadaje się twardzielowe

drewno modrzewiowe; inne gatunki iglaste są mniej

odporne niż modrzew, bardziej natomiast odporne niż

drewno liściaste.



W budownictwie przemysłowym coraz silniej uwydatnia się

tendencja do stosowania w halach fabrycznych

drewnianych konstrukcji klejonych. Odporność drewna na ko

rozję powodowaną przez ekshalacje przemysłowe stanowi w

tym przypadku dodatkowy czynnik dodatni. Wynika stąd

potrzeba porównawczego zbadania odporności drewna i

innych materiałów budowlanych na korozję w warunkach

fabrycznych (wewnątrz hal) oraz korozję powodowaną przez

czynniki zewnętrzne w zadymionych okręgach (np.

Górnośląski Okręg przemysłowy). Chodzi w tym przypadku

o odporność drewna w śro dowiskach gazowych (powietrze

przesycone wyziewami fabrycznymi).

Korozja powodowana przez drewno



Drewno ulegające korozji pod działaniem czynników

zewnętrznych może samo powodować korozję innych,

stykających się z drewnem materiałów. Przede wszystkim

wchodzi w grę wpływ drewna na gwoździe, śruby i inne łączniki

żelazne. Woda wydzielana przez świeże drewno ma kwaśny

odczyn. Gwoździe i łączniki żelazne ulegają pod wpływem

wilgotnego drewna korozji, nie jest ona jednak groźna, gdyż

rozwój jej ulega w krótkim czasie zahamowaniu, a zardzewiałe

gwoździe silniej wiążą się z drewnem niż gwoździe nie

dotknięte rdzą. Drewno impregnowane powoduje bardziej

intensywny przebieg korozji niż drewno nie impregnowane.

Celem uniknięcia korozji należy stosować łączniki mosiężne lub

z tworzyw sztucznych. Drewno



wilgotności mniejszej niż 10% nie powoduje korozji. Drewno

dębowe powoduje, ze

względu na kwaśny odczyn, silniejszą korozję niż inne gatunki

drewna. Pary i kondensat

powstający przy parzeniu drewna bukowego mają kwaśny

odczyn (kwas octowy);

w związku z tym części metalowe ulegają w parzelniach w

krótkim czasie korozji
zniszczeniu.



Wykonał:



Studia Stacjonarne



Kierunek: Leśnictwo



Numer indeksu