Adobe Systems C9500 Užitá chemie 6. lekce Dřevo, papír, kůže, textil Mgr. Ing. Radka Kopecká, Ph.D. 175344@mail.muni.cz C9500 Užitá chemie – 1 Úvod 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 •využití dřeva ve stavebnictví: v ČR 3%,Kanada 80%,Finsko,švédsko,Norsko70%,USA 65%,SRN(Bavorsko70%) a Rakousko 20% • 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 • Reakce na teplo: • nad 100°C dehydratace • 130-150°C rozklad • 180-195°C uvolnění plynů • 270-280°C exotermní rozklad 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 Adobe Systems H2O 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 fotosyntéza V době života dřeva ustálené množství vody (fotosyntéza, dýchání, růst…). Množství vody (%) % = (množství vody ve dřevě) (množství celkového vyschlého dřeva) Adobe Systems Snadno dostupný přírodní materiál, který lidé široce využívají po celou dobu své historie. hygroskopické anizotropní H2O • stárnutí • narušení dřevní hmoty • změněna pevnosti • změna struktury • napadení houbami, dřevokazným hmyzem • změna chemického složení • schopnost pohlcovat vodu 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 Mikroskopická struktura 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 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 21 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 22 Adobe Systems Zápatí prezentace 23 Adobe Systems Zápatí prezentace 24 Adobe Systems Zápatí prezentace 25 Adobe Systems Zápatí prezentace 26 Adobe Systems Zápatí prezentace 27 Obsah obrázku text, osoba, snímek obrazovky Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky Zápatí prezentace 28 Fyzikální vlastnosti Zápatí prezentace 29 Adobe Systems Zápatí prezentace 30 Adobe Systems Textové pole: Textilní vlákna Zápatí prezentace 31 Textilní vlákna Adobe Systems Zápatí prezentace 32 Adobe Systems Zápatí prezentace 33 Adobe Systems Zápatí prezentace 34 Adobe Systems Zápatí prezentace 35 Textové pole: Kůže Kůže Adobe Systems Zápatí prezentace 36 Adobe Systems 37 kůže Adobe Systems Zápatí prezentace 38 Co je to Full Grain kůže aneb anatomie kůže jako materiálu 1.nasolení kůže – pro převoz do koželužny 2.namáčení – kůže se máčí a pere v hašpli (sud) kvůli očištění, zbavení soli 3.loužení se zahníváním a odchlupování (mechanicky) nebo loužení v roztoku sulfidu sodného a vápna (dnes), pro odstranění srsti, vznikne tzv. holina 4.mízdření - odřezání vaziva a zbytků svalů 5.omykání - odstranění kořínků chlupů 6.štípání pomocí štípacího stroje, aby byla kůže všude stejně tlustá 7.činění kůží 8.ždímání, pro odstranění vody 9.barvení 10.mazání, aby se kůže nelámaly 11.vyrážení neboli hlazení 12.sušení 13.postřikování lakem, proti vlhku 14.leštění 15.žehlení 16.měření 17.převoz k výrobě kožených výrobků Adobe Systems Zápatí prezentace 39 Činění kůží je postup, kdy se z tzv. holiny (kůže zbavené chlupů a mázdry) vytváří useň. Při vyčiňování se kolagenová vlákna, která tvoří kůži, sráží do nerozpustného stavu a vzájemně se propojují. Adobe Systems Zápatí prezentace 40 Druhy činění Chromočinění Jde o moderní metodu, relativně novou, již průmyslovou. Činidlo je síran chromitý. Výsledná useň je modrozelená. Nasakuje dobře vodu, proto se i snadno barví. Snáší dobře teplotu. Jde o nejčastější způsob činění. Třísločinění Prováděl koželuh. Činidlem jsou výluhy převážně z kůry stromů (dub, jilm ap.), které obsahují oxifenoly, tzv. třísloviny. Výsledná useň je hnědá, těžká a nepropustná pro vodu. Nesnáší teploty nad 50 °C. Užití: podpatky bot (podešvová useň). Jirchářské činění Prováděl jirchář. Činidlem je síran hlinitý, popř. síran draselno-hlinitý (kamenec hlinitodraselný). Výsledná useň je bílá jircha. Ve vodě je málo stálá. Vyplavováním činidla useň tvrdne (nesmí se prát). Využívá se u jemných kůží (koziny, skopovice, jehnětiny, kozelčiny a králičiny), např. k výrobě rukavic. Zámišské činění Prováděl semišník. Činidlem je rybí tuk, který se valchuje několik hodin do kůže. Zoxidované mastné kyseliny se váží na kolagen tvořící kůži, a proto se činidlo nedá vymýt. Na rozdíl od jirchářského činění se proto výsledná useň může i prát. Výsledná useň je žlutá, zvaná semiš. Používá se například na kůže k mytí oken (jelenice u aut, skenerů), oděvy, rukavice ap.