Drei Polymere und alles andere
Cellulose sorgt für Festigkeit, Lignin für Steifigkeit, und Hemicellulosen verbinden beide. Zusammen machen sie mehr als 90 % des trockenen Holzes aus. Der Rest sind Stoffe, die ein Lösungsmittel herauswaschen kann, sowie Asche.
Die makromolekularen Zellwandbestandteile (Cellulose, Hemicellulosen, Lignin) bilden das Gerüst und die Matrix der Zellwand. Die niedermolekularen Bestandteile werden in organische Extraktstoffe (Terpene und Harzsäuren, Fette und Wachse, phenolische Verbindungen) und anorganische Stoffe unterteilt, die nach der Verbrennung als Asche zurückbleiben.
Nadelhölzer und Laubhölzer
Nadelhölzer enthalten mehr Lignin und andere, mannanreiche Hemicellulosen. Laubhölzer haben weniger Lignin, dafür mehr Xylan. Der Cellulosegehalt ist etwa gleich.
Nach Sjöström enthält die Waldkiefer 40,0 % Cellulose, 16,0 % Glucomannan, 8,9 % Glucuronoxylan und 27,7 % Lignin; die Hängebirke 41,0 % Cellulose, 2,3 % Glucomannan, 27,5 % Glucuronoxylan und 22,0 % Lignin. Nadelholzlignin ist ein Guajacyl-Lignin, Laubholzlignin ein Guajacyl-Syringyl-Lignin; Laubholzxylane sind stark acetyliert.
Elemente
Auf der Ebene der Atome ist Holz bei allen Holzarten erstaunlich ähnlich: zur Hälfte Kohlenstoff, fast zur Hälfte Sauerstoff und ein wenig Wasserstoff. Stickstoff und Mineralstoffe gibt es nur sehr wenig.
Elementarzusammensetzung des Holzes: etwa 50 % C, 6 % H und 44 % O; Stickstoff meist nur wenige Zehntel Prozent oder weniger. Der Aschegehalt von Hölzern gemäßigter Breiten liegt meist bei 0,2-0,5 % und fast immer unter 1 %, hauptsächlich Calcium, Kalium und Magnesium. Rinde enthält deutlich mehr Asche und Extraktstoffe als Holz.
Wie Holz analysiert wird
Die Zusammensetzung wird Schritt für Schritt bestimmt. Zuerst wäscht ein Lösungsmittel Harze und Fette heraus. Dann löst starke Säure die Kohlenhydrate, und Lignin bleibt zurück. Getrennt davon entfernt ein mildes Oxidationsmittel das Lignin und lässt alle Kohlenhydrate zusammen übrig.
Gemahlenes Holz wird mit organischen Lösungsmitteln extrahiert (zum Beispiel Aceton oder Ethanol-Toluol). Klason-Lignin ist der Rückstand nach Behandlung mit 72%iger Schwefelsäure und Kochen in verdünnter Säure. Holocellulose (Gesamtpolysaccharide) erhält man durch Delignifizierung mit saurem Natriumchlorit. Alpha-Cellulose ist der in 17,5%iger NaOH unlösliche Teil der Holocellulose. Die Polysaccharidzusammensetzung wird aus den Monosacchariden nach vollständiger Hydrolyse berechnet, die chromatographisch bestimmt werden.
Warum die Zusammensetzung schwankt
Selbst innerhalb eines Baumes unterscheidet sich die Chemie: Kernholz enthält mehr Harz, Druckholz mehr Lignin, Rinde mehr Asche. Deshalb sind Tabellenwerte immer Mittelwerte.
Die Zusammensetzung hängt von der Stammzone ab (Splint- und Kernholz unterscheiden sich im Extraktstoffgehalt), vom Holzalter (juveniles gegenüber adultem Holz), vom Reaktionsholz (Druckholz ligninreicher, Zugholz cellulosereicher) und von den Wuchsbedingungen. Für den Vergleich von Holzarten braucht man Daten, die mit derselben Methode gewonnen wurden.
Wichtige Fakten
- Polysaccharide
- 65-75 %
- Lignin
- 18-35 %
- Kiefer: Lignin
- 27,7 %
- Birke: Xylan
- 27,5 %
- Kohlenstoff
- etwa 50 %
- Asche
- meist 0,2-0,5 %
Quellen zu diesem Kapitel
- Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
- Pettersen R.C. The chemical composition of wood. In: Rowell R.M. (ed.) The Chemistry of Solid Wood. Advances in Chemistry Series 207. Washington, DC: American Chemical Society, 1984, pp. 57-126.
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
- Fengel D., Wegener G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin; New York: De Gruyter, 1984.