HEMIJSKA PRERADA DRVETA

1. HEMIJSKA PRERADA DRVETA Izborni predmet Odsek: Šumarstvo

2. Nastavno osoblje Dr Bojana Klašnja, red. prof., naučni savetnik, Institut za nizijsko šumarstvo i životnu sredinu, Novi Sad

4. Literatura: • T. Stevanović Janežić: Hemijska prerada drveta (za IV razred usmerenog obrazovanja drvopreradjivačke struke). Zavod zaudžbenike i nastavna sredstva Beograd, 1990. • B. Klašnja, Š. Kopitović: Drvo topola kao sirovina za proizvodnju vlakana, monografija. Poljoprivredni fakultet, Institut za nizijsko šumarstvo i životnu sredinu, Novi Sad, 2006. • F. Kljajić:Тehnologija celuloze i drvenjače(udžbenik za učenike završnog stupnja papirničarskog usmejerenja), Školska knjiga Zagreb 1984 • T. Stevanović Janežić: Hemija drveta sa hemijskom preradom, Prvi deo Hemija drveta, Jugoslavijapublik Beograd, 1993.

5. Predmet hemijske prerade drveta Hemijska prerada drveta obuhvata važne grane industrije zasnovane na preradi drveta hemijskim postupcima, kao i na preradi produkata dobijenih njegovom hemijskom preradom.

6. Predmet hemijske prerade drveta • Najveći deo hemijskog iskorišćenja drveta vezan je za procese delignifikacije, odnosno razgradnje i uklanjanja najvećeg dela lignina i drugih neceluloznih komponenti ćelijskog zida drveta, sa ciljem dobijanja CELULOZE (pulpe).

7. Predmet hemijske prerade drveta Celuloza predstavlja veoma veoma važnu sirovinu. Osim za proizvodnju papira i papirnih proizvoda i tkanina, koristi se za proizvodnju raznih derivata celuloze - plastičnih masa, vlakana rejona, celofana, ...

8. Predmet hemijske prerade drveta • Hemijska prerada drveta obuhvata i proizvodnju zasnovanu na: • hidrolitičkoj i • termičkoj razgradnji drveta.

9. Predmet hemijske prerade drveta • Hidrolizom drveta dejstvom mineralnih kiselina drvo se može prevesti u proste šećere, koji služe kao sirovina u industriji vrenja, farmaceutskoj i prehranbenoj industriji.

10. Predmet hemijske prerade drveta • Termičkom razgradnjom drveta dobija se niz proizvoda, od kojih su najvažniji: metanol, sirćetna kiselina, drveni ugalj,...

11. Predmet hemijske prerade drveta • Ekstraktivna industrija takođe daje niz značajnih proizvoda, kao što su: tanini, etarska ulja, kamfor, kolofonijum, terpentin,...

12. Za razumevanje tehnoloških procesa hemijske prerade drveta neophodno je poznavanje fizičke strukturei hemijskih karakteristikakomponenata koje izgrađuju tkivo drveta, kao i njihov položaj u tkivu.

13. ANATOMSKA GRAĐA I HEMIJSKI SASTAV TKIVA DRVETA

14. 1. MAKROSKOPSKA GRAĐA DRVETA Koja se odnosi na građu koju možemo videti na presecima drveta (srž, beljika, godovi, rana i kasna zona....).

15. 2. MIKROSKOPSKA GRAĐA DRVETA je ona koja se može videti pod mikroskopom- ćelije

16. 2. MIKROSKOPSKA GRAĐA DRVETA • DRVO ČETINARA sastoji se iz: • TRAHEIDA (vlaknaste ćelije koje zauzimaju 90-95% zapremine drveta i mogu biti: • traheide ranog drveta (tanki zidovi , veliki lumeni) • traheida kasnog drveta (debeli zidovi, mali lumeni) • PARENHIMATIČNIH ĆELIJA (5-10%, koje čine trake drveta)

17. 2. MIKROSKOPSKA GRAĐA DRVETA • DRVO LIŠĆARA sastoji se iz: • TRAHEJA ILI SUDOVA • TRAHEIDA (traheje-traheide, vlaknaste ćelije) • VLAKANA LIBRIFORMA ili VLAKANACA (koji čine oko 50% mase drveta L= 0,6-1,3 mm) • PARENHIMATIČNIH ĆELIJA

18. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA je ona koja se može videti elektronskimmikroskopomiodnosi se nagrađu ćelija

19. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA • U ćelijskim zidovima drveta celulozni nizovi obrazuju elementarne fibrile, koje se objedinjuju u krupnije mikrofibrile, koje se dalje udružuju gradeći lamele. • Primarni ćelijski zid izgrađen je iz 1 - 2 lamele, S1 sloj sekundarnog ćelijskog zida čini 4 - 6 lamela, S2 sloj 30 - 150 lamela, a S3 sloj 1 - 6 lamela.

20. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA Šematski prikaz građe ćelijskog zida drveta

21. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA PRIMARNI ĆELIJSKI ZID • je tanak pa nema značajan uticaj na svojstva drveta • sastoji se od celuloze, hemiceluloze, pektina i proteina prožetih ligninom. • On se formira od početne kambijalne ćelije. • Mikrofibrili (lanci celuloze) su neuređeni i međusobno izukrštani (mrežaste, neuređene strukture).

22. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA • Sekundarni ćelijski zid, koji je i najdeblji, sastoji se od 4 podsloja: • S1 – spoljašnji • S2 – središnji • S3 – unutrašnji • w – bradavičasti • Na svojstva drveta presudan je uticaj S2 sloja sekundarnog zida, s obzirom na njegov udeo u ukupnoj debljini ćelijskog zida, i veliki udeo celuloze u njemu.

23. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA •  Oblast između ćelijskih zidova naziva se srednja membrana (srednja lamela), i uglavnom je sačinjavaju lignin i pektinske materije.

24. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA SEKUNDARNI ZID - S1 sloj • Mikrofibrili (lanci celuloze) su međusobno uređeni u jednoj lameli, alamele su međusobno uređene. • Orijentacija mikrofibrila celuloze u tankom S1 sloju sekundarnog ćelijskog zida je je pod uglom od 50 - 700 u odnosu na uzdužnu osu vlakna.

25. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA SEKUNDARNI ZID - S1 sloj • Izgrađen je od celuloze, hemiceluloza i lignina. Učešće celuloze je veće nego kod primarnog zida. • Nakon njegovog formiranja ćelija gubi živi sadržaj.

26. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA SEKUNDARNI ZID - S2 sloj • S2 sloj čini 70-80% ukupne debljine ćelijskog zida, i time, praktično predstavlja glavnu masu ćelijskog zida • Kao najdeblji, ovaj zid odgovoran je, u najvećoj meri, za svojstva drveta (fizička, hemijska i mehanička).

27. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA SEKUNDARNI ZID - S2 sloj • Mikrofibrili (lanci celuloze) su orijentisani pod uglom od 10 - 200 u odnosu na uzdužnu osu vlakna ( skoro paralelni sa aksijalnom osom ćelije, zbijeni i uređeni i ovde je najveći sadržaj celuloze) • Pretežno je izgrađen od celuloze (oko 60 %), ali i lignina i hemiceluloza.

28. 3. SUBMIROSKOPSKA GRAĐA DRVETA SEKUNDARNI ZID - S3 sloj • Je tanak, a karakteriše se time što su mikrofibrili (lanci celuloze) gusto zbijeni i manje uređeni nego kod S2 sloja i najviše paralelni osi ćelije (orijentisani su pod uglom od 60 - 900).

29. Sadržaj anatomskih ćelija u drvetu i dimenzije vlakana Sa gledišta hemijske prerade drveta, procenti koje zauzima neko tkivo u drvetu veoma su važni za procenu vrednosti drveta kao sirovine. Takođe, veoma su značajne i dimenzije vlakana, jer su upravo vlakna libriforma lišćarskih vrsta i vlakna traheida četinarskih vrsta glavni strukturni elementi tehničke celuloze.

30. Sadržaj anatomskih ćelija u drvetu i dimenzije vlakana

31. Zapreminska masa i relativna poroznost tipičnih drvnih vrsta koje se koriste kao sirovina • Od velikog značaja su i zapreminska masa drvne sirovine, kao i njena poroznost (zbog količine materijala koja se ubacuje u proizvodni proces).

33. Hemijski sastav drveta Zidovi ćelija drveta izgrađeni su od tri vrste biopolimera: CELULOZE HEMICELULOZA LIGNINA Ugljenohidratne komponente

34. Hemijski sastav drveta Drvoje kompozitnimaterijal: Celuloza obezbeđuje potporu Hemiceluloze čine deo matrične supstance koja oblaže mikrofibrile celuloze preko vodoničnih mostova i drugih medjumolekulskih interakcija Lignin je posmatran kao inkrustrirajuća supstanca koja «slepljuje» polisaharide u kompozitni materijal, preko pravih kovalentnih veza sa hemicelulozama

35. Hemijski sastav drveta U sastavu drvnog tkiva nalazi se i manja količina organskih jedinjenja koja se nalaze u šupljinama i porama ćelijskih zidova, i lako se mogu iz drveta izdvojiti procesom ekstrakcije, upotrebom pogodnih organskih ili neorganskih rastvarača – ekstraktivi, kao i veoma mala količina (do 1%) neorganskih supstanci.

36. Prosečnihemijskisastavdrveta četinarai lišćara

37. Hemijski sastav drvetaVarijabilnost sastava Pored razlika u pogledu vrste i dimenzija anatomskih elemenata drvnog tkiva i sadržaja hemijskih konstituenata između četinarskih i lišćarskih vrsta, koje su uslovljene genetskim faktorima, razlike u hemijskom sastavu mogu se javiti u okviru iste vrste, u zavisnosti od: Geografskog položaja i Uslova rasta

38. Hemijski sastav drvetaVarijabilnost sastava Razlike u hemijskom sastavu postoje i unutar istog stabla, na različitim visinama stabla, ili različitim rastojanjima od centra na istoj visini stabla (juvenilno-zrelo drvo). Takođe, razlike postoje i između sastava srčike i beljike, zatim ranog i kasnog drveta, ali i u sastavu anatomskih elemenata, pa čak i radijalnih i tangencijalnih ćelijskih zidova.

39. Hemijski sastav drvetaVarijabilnost sastava Reakciono drvo stvara se pod uticajem naprezanja, i razlikuje se po anatomskom i hemijskom sastavu od normalnog drveta. Lišćarske vrste formiraju tenziono drvo, dok se kod četinarskih vrsta formira kompresiono drvo.

40. Hemijski sastav drvetaVarijabilnost sastava Tenziono drvo je svetlije boje i sadrži znatno više celuloze, a manje lignina od normalnog drveta. Kompresiono drvo je tamnije boje, i sadrži znatno više lignina, a manje celuloze od normalnog drveta.

41. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Celuloza je najrasprostranjeniji i najznačajniji prirodni polimer. Nastaje u biljkama biosintetskim procesima, i predstavlja skeletni materijal celokupnog biljnog sveta. Pojavljuje se u ćelijskim zidovima drveta i drugih biljaka.

42. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Čineći skoro polovinu suve materije drveta, kao njegova osnovna strukturna komponenta, ima najveći uticaj na fizičke, mehaničke i hemijske osobine drveta.

43. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Čista celuloza je higroskopna, vlaknasta supstanca bele boje, bez mirisa i ukusa, nerastvorna u vodi, alkoholu, etru i drugim uobičajenim rastvaračima. Specifična težina joj je 1,55g/cm2.

44. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Sadržaj celuloze u pojedinim biljnim vrstama je različit. U vlaknu pamuka nalazi se skoro čista celuloza (98%) sa nešto prisutnog voska, dok se u drvetu, kao najznačajnijem izvoru celuloze, odakle se uglavnom industrijski i dobija, njen sadržaj kreće u granicama od 40-50%. Sadržaj celuloze ulanu je 80%,u bambusovoj trski je do 60%, u juti do 65%, a u šećernoj trski oko 30%.

45. Hemijski sastav drvetaCELULOZA • Zidovi ćelija: • bakterija • algi (zelenealgeValoniamacrophysai V. Ventricosa) • gljive, plesni • Životinje: fleksibilnaljušturaTunicates

46. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Tunicates

47. Hemijski sastav drvetaCELULOZA celuloza je homopolimer (homopolisaharid) koji odgovara empirijskoj formuli(C6H10O5)n elementarnom analizom utvrđeno je da se sastoji iz C, O i H u istom odnosu kao skrob ( C:H:O = 6:10:5) Sastojise izostatakab-D-glukopiranozepovezanihu položajimaC1 -C4 b-(1,4) glikozidnom vezom.

48. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Ponavljajući ostatak–celobioza Molarnamasase procenjujei do 500 000 štoodgovaraoko1500 ostatakacelobioze, alieksperimentalnirezultatidajumnogoviše vrednsoti - i do 12 000 Brojostatakaglukopiranozeu celulozi iz drveta je i do 10000

49. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Da bi u potpunosti definisali celulozu kao makromolekulski sistem, potrebno je definisati njenu: primarnu (molekulsku), sekundarnu i tercijarnu (nadmolekulsku) strukturu.

50. Hemijski sastav drvetaCELULOZA Za definisanje primarne (molekulske) strukture celuloze potrebno je poznavati: vrstu monomernih komponenti (tj. monosaharida) koji je izgrađuju tip (način) vezivanja između pojedinih monosaharidnih jedinki, odnosno vrstu glikozidnih veza razgranatost sisema završne grupe polimernog niza konfiguraciju na glikozidnim C-atomima veličinu makromolekulskog sistema, koja se izražava stepenom polimerizacije, odnosno molekulskom težinom sistema