ΧΗMEIA ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ. Δρ. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΜΑΝΤΑΝΗΣ PhD, University of Wisconsin-Madison, ΗΠΑ. Καθηγητής ΤΕΙ Θεσσαλίας URL:

Transcript

1 ΧΗMEIA ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ Δρ. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΜΑΝΤΑΝΗΣ PhD, University of Wisconsin-Madison, ΗΠΑ Καθηγητής ΤΕΙ Θεσσαλίας URL:

2 Επίπεδα μελέτης του ξύλου Δένδρο Κορμός Ζώνες Δακτύλιοι Χημικά συστατικά Μικροïνίδια Κυτταρικά τοιχώματα Ξυλώδη κύτταρα

3 Χημικά Συστατικά του Ξύλου ΞΥΛΟ ΟΛΟΚΥΤΤΑΡΙΝΗ ΛΙΓΝΙΝΗ ΕΚΧΥΛΙΣΜΑΤΑ ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ ΗΜΙΚΥΤΤΑΡΙΝΕΣ 2

4 Κύρια χημικά συστατικά: Δομικά συστατικά: κυτταρίνη, λιγνίνη, ημικυτταρίνες Μη δομικά συστατικά: εκχυλίσματα

5 Σύμπλοκο (complex) Το ξύλο ως «ανομοιογενές υλικό» τριών πολύπλοκων πολυμερών ενώσεων (κυτταρίνης + λιγνίνης + ημικυτταρινών) που ενώνονται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς, χαρακτηρίζεται ως λιγνοκυτταρινικό σύμπλοκο

6 Κρύσταλλοι σε Αξονικό Παρέγχυμα (Ref. Côté)

7 Τύποι κρυστάλλων στο ξύλο rhomboidal styloid raphides druses (Kollmann and Cote)

8 Εκχυλίσματα «Προστατευτικές κατά κανόνα ουσίες» Aλιφατικές ενώσεις Ενώσεις τερπενίων Φαινολικές ενώσεις Ρητινικά οξέα Λίπη Κηροί Tερπένια Φλαβανοειδή Λιγνάνες Στιλβένια Ταννίνες Τερεβινθέλαιο Κολοφώνιο

9 * 6

10 * Γλυκόζη (glucose) 7

11 Κελλοβιόζη (μονάδα) Κυτταρίνη 1-4 γλυκοζιτικός δεσμός 8

12 Ημικυτταρίνες (απλά σάκχαρα) Γλυκόζη Γαλακτόζη Μαννόζη Ξυλόζη 9

13 Χημική δομή κυτταρίνης & ημικυτταρινών Κυτταρίνη Γλυκόζη Γλυκόζη Γλυκόζη Γλυκόζη Ημικυτταρίνη Κωνοφόρων (π.χ. Γλυκομαννάνη) Γλυκόζη Mαννόζη Mannose Μαννόζη Μαννόζη Γαλακτόζη Ακετύλιο Ημικυτταρίνη Πλατυφύλλων (π.χ. Ξυλάνη) Ξυλόζη Ξυλόζη Ξυλόζη Ξυλόζη Ακετύλιο 7 Γλυκορουνικό οξύ 10

14 Χημική δομή κυτταρίνης & ημικυτταρινών Κυτταρίνη Ημικυτταρίνες (κωνοφόρα) Ημικυτταρίνες (πλατύφυλλα)

15 Σύγκριση Ημικυτταρινών με τη Κυτταρίνη Διαθέτουν επιπλέον μονάδες σακχάρων Με χαμηλό βαθμό πολυμερισμού ( ) Επιπλέον χημικές μονάδες (ακετυλικές, κ.α) Είναι διακλαδιζόμενα πολυμερή Πολύ λιγότερο κρυσταλλικές ενώσεις 12

16 Λιγνίνη: 3-D βασικό πολυμερές του ξύλου, τρισδιάστατο, αποτελούμενο από τρεις μονάδες φαινυλοπροπανίων (phenylpropane units), που διαφέρει σημαντικά στα κωνοφόρα και τα πλατύφυλλα ξύλα. Δομούν τη μεσοκυττάρια στρώση στα ξυλώδη κύτταρα, και είναι η «φυσική συγκολλητική ουσία» του ξύλου. Βρίσκονται πάντα μαζί με την κυτταρίνη, και ποτέ δεν βρίσκεται μόνη της στη φύση. Στα κωνοφόρα ξύλα απαντάται σε ποσοστό 30%±4%, και στα πλατύφυλλα ξύλα της εύκρατης ζώνης σε ποσοστό 20%±3%. ΦΑΙΝΥΛΟΠΡΟΠΑΝΙΑ Κωνοφόρα & Πλατύφυλλα Πλατύφυλλα Οξυγόνο Φαινυλίου Γκουαïακυλική Συρινγκυλική Μεθοξύ- ομάδα 13

17 Χημικοί δεσμοί στο μακρομόριο της Λιγνίνης 14

18 Χημικοί δεσμοί στο μακρομόριο της Λιγνίνης 15

19 * Μοντέλο Λιγνίνης (Adler) 16

20 Μοντέλο Λιγνίνης 17

21 Περιγραφή πολυμερών του ξύλου Πολυμερές: Κυτταρίνη Ημικυτταρίνες Λιγνίνη Μονάδα δόμησης Γλυκόζη Γλυκόζη, Μαννόζη Ξυλόζη κ.α. Σχήμα Γραμμική Διακλαδισμένες (πλευρικά μέρη) Διάταξη Κρυσταλλική Άμορφες & Ημικρυσταλλικές Φαινυλοπροπάνιο Τρισδιάστατη Άμορφη Ποσοστό (%) Βαθμός Πολυμερισμού 10, πολύ μεγάλος 18

22 Χημική Σύσταση του Ξύλου Κωνοφόρα Πλατύφυλλα (Softwoods) (ardwoods) Κυτταρίνη 45-50% 45-50% Ημικυτταρίνες 18-25% 25-35% Λιγνίνη 25-35% 20-25% 19

23 * Μελέτη σε επίπεδο Μικρο- & Νανο- κλίμακας 20

24 Κυτταρίνη (chair) Γλυκόζη Γλυκόζη Γλυκόζη Γλυκόζη

25 Cellulose Κυτταρίνη

26 Μεταξύ-μορίων Cellulose Κυτταρίνη Δεσμοί Υδρογόνου Ομοιοπολικοί δεσμοί Εντός-μορίων Δεσμοί Υδρογόνου

27 * Υπομικροσκοπική δομή (Μικροïνίδια) 26

28 * Κυτταρικό Τοίχωμα (cell wall) Μεσοκυττάρια στρώση Πρωτογενές S3 S2 S1 Κοιλότητα Δευτερογενές (Côté) 28

29 * Στρώσεις κυτταρικού τοιχώματος Στρώση Αριθ. Μικροïν. % Γωνία Ө Σπειροειδ. Διάταξη TML --- ποικίλλει καμία P μικρή S S + Z μέτρια S Z π.υψηλή S S + Z μέτρια (Princes Risborough Laboratory) 29

30 Κατανομή πολυμερών στο κυτταρικό τοίχωμα Κατανομή της λιγνίνης στο κυτταρικό τοίχωμα (σκουρότερο περισσότερη λ.) Κατανομή των πολυμερών του ξύλου στα κυτταρικά τοιχώματα (Panshin & de Zeeuw) 30

31 Κατανομή λιγνίνης επηρεάζεται η πολτοποίηση; Μηχανική Πολτοποίηση Χημική Πολτοποίηση

32 Διόγκωση του ξύλου σε νερό O O O O O O O O O O O O O O O O O O

33 Γωνία Μικροïνιδίων (MFA) S 2 Ɵ : μικρή γωνία συνήθως. Οδηγεί σε αμελητέα αξονική ρίκνωση S 2 Ɵ : μεγάλη γωνία σπανιότερα. Οδηγεί σε μεγάλη αξονική ρίκνωση

34

35 «Προϊόντα Χημικής Τεχνολογίας Ξύλου» διδάσκων: Καθηγητής Γ. Μαντάνης, ΤΕΙ Θεσσαλίας Ιστοσελίδα: Greek Wood Scientists: