Vaikea yliopistokurssi selkeäksi tehtynä. Sukella puuhun venäläisten oppikirjojen ja maailman tutkimuksen opastamana.
Puu kasvaa ulkoa päin, ei sisältä. Ohut kerros kuoren alla, jälsi, tuottaa joka vuosi uuden puukerroksen. Siitä syntyvät vuosilustot.
Jälsi on nilan ja ksyleemin välissä oleva sivumeristeemi. Uloimmat lustot muodostavat vettä johtavan pintapuun. Monilla puulajeilla sisemmät lustot muuttuvat sydänpuuksi: elävät parenkyymisolut kuolevat ja niihin kertyy uuteaineita.
Keväällä puu rakentaa leveitä, ohutseinäisiä soluja, jotka kuljettavat vettä nopeasti. Kesällä seinät paksuuntuvat ja ontelot kapenevat. Näin syntyvät luston vaaleat ja tummat vyöhykkeet.
Havupuilla kevätpuun trakeidit ovat ohutseinäisiä ja leveäonteloisia, ja ne johtavat pääasiassa vettä. Kesäpuun trakeidit ovat paksuseinäisiä, säteen suunnassa litistyneitä ja kantavat suurimman osan mekaanisesta kuormasta, joten kesäpuu on selvästi tiheämpää.
Männyn ja kuusen puu koostuu lähes kokonaan pitkistä onttoista soluista, trakeideista. Ne ovat kuolleita: jäljellä ovat vain seinät, kuin putkista tehty hunajakenno.
Trakeidit muodostavat yli 90 % havupuun tilavuudesta, ja niiden pituus on tyypillisesti 2-4 mm. Vierekkäiset solut ovat yhteydessä toisiinsa reunahuokosten kautta. Lehtipuilla vettä johtavat putkilot, ja lujuuden antavat libriformisyyt.
Seinä on kerroksellinen kuin vaneri. Jokaisessa kerroksessa selluloosasäikeet kulkevat omassa kulmassaan. Paksuin kerros, S2, kulkee lähes solun suuntaisesti, ja juuri se tekee puusta vetolujaa.
Välilevy (ML) liimaa solut toisiinsa ja on ligniinirikas. Sen jälkeen tulevat primaariseinä P ja sekundaariseinä: S1, jossa mikrofibrillit ovat noin 50-70° kulmassa solun akseliin nähden, S2, jossa kulma on 10-30° ja joka muodostaa valtaosan seinästä, sekä S3, jossa kulma on 60-90°.
Suurenna vielä, ja seinä näyttää teräsbetonilta. Raudoitteina ovat ohuet selluloosasäikeet, betonina ligniini, ja hemiselluloosat sitovat ne yhteen.
Noin 3 nm paksu selluloosan mikrofibrilli sisältää noin 18-24 rinnakkaista ketjua, joissa on järjestyneempiä ja vähemmän järjestyneitä alueita. Hemiselluloosat adsorboituvat sen pinnalle; ligniini täyttää välitilan ja on kovalenttisesti sitoutunut hemiselluloosiin ligniini-hiilihydraattikomplekseissa.
Selluloosa on tuhansien glukoosiyksiköiden ketju. Jokainen yksikkö on käännetty edelliseen nähden, joten ketju on suora ja litteä, ja vierekkäiset ketjut tarttuvat toisiinsa vetysidoksilla.
Selluloosa on β-(1→4)-D-glukaani, jonka toistuva yksikkö on 1,03 nm pitkä sellobioosi. Puun natiivin selluloosan polymeroitumisaste on noin 10 000. Vetysidokset yhdessä ketjujen hydrofobisen pinoutumisen kanssa selittävät sen kiteisyyden ja veteen liukenemattomuuden.
Kaiken pohjalla on vain kolme alkuainetta. Noin puolet puun massasta on hiiltä, yli 40 % happea ja noin 6 % vetyä. Typpeä ja mineraaleja on vain prosentin murto-osia.
Lauhkean vyöhykkeen puiden alkuainekoostumus riippuu tuskin lainkaan puulajista: noin 50 % C, 6 % H ja 44 % O; typpeä yleensä enintään 0,1 %, tuhkaa yleensä alle 0,5 % (harvoin jopa 1 %) kuivamassasta.
Vieritä suurentaaksesi
Kaksi kolmasosaa kuivasta puusta on hiilihydraatteja, neljäsosa ligniiniä. Havupuissa on enemmän ligniiniä ja mannaaneja, lehtipuissa enemmän ksylaania.
Sjöströmin tiedot metsämännystä ja rauduskoivusta, % kuivasta puusta. Havupuun ligniini on lähes puhdasta guajasyylityyppiä; lehtipuun ligniinissä on sekä guajasyyli- että syringyyliyksiköitä.
Yksi ruutu vastaa 1 %:a puun kuivamassasta. Sjöström 1993.
Pitkiä suoria glukoosiketjuja tiiviisti rinnakkain. Ne muodostavat soluseinän lujat säikeet. Puuvilla on lähes puhdasta selluloosaa, ja useimmat paperit on tehty pääosin siitä.
Lineaarinen homopolysakkaridi, jonka β-D-glukopyranoosiyksiköt ovat liittyneet (1→4)-glykosidisidoksin. Ketjut kerääntyvät selluloosa I:n mikrofibrilleiksi; puussa vallitsee Iβ-muoto. Polymeroitumisaste noin 10 000.
Lyhyempiä, haarautuneita ketjuja, jotka koostuvat useista sokereista. Ne päällystävät selluloosasäikeet ja sitovat ne ligniiniin, kuin liima raudoitteen ja betonin välissä.
Heteropolysakkarideja, joiden DP on noin 100-200. Havupuut: pääasiassa galaktoglukomannaaneja sekä arabinoglukuronoksylaania. Lehtipuut: pääasiassa O-asetyyli-4-O-metyyliglukuronoksylaania ja pieni määrä glukomannaania.
Rengasmaisista yksiköistä rakentunut kolmiulotteinen verkosto. Se täyttää soluseinän aukot, tekee seinästä jäykän ja vettä huonommin läpäisevän sekä tekee siitä mikrobeille ja sienille vaikeammin hajotettavan.
Aromaattinen polymeeri, joka muodostuu kolmen monolignolin radikaalikytkeytymisellä: p-kumaryylialkoholin (H), koniferyylialkoholin (G) ja sinapyylialkoholin (S). β-O-4-aryylieetteri on yleisin sidostyyppi: noin puolet kaikista sidoksista havupuuligniinissä ja noin 60 % lehtipuuligniinissä.
Juuri kaadettu puu on täynnä vettä. Ensin vapaa vesi poistuu soluonteloista, eivätkä mitat muutu. Vasta kun seinät alkavat kuivua, puu kutistuu ja halkeilee.
Syiden kyllästymispisteen (noin 30 % kosteus) alapuolella vesi on sitoutunut soluseinän polymeerien hydroksyyliryhmiin, ja sen poistuminen aiheuttaa kutistumista. Tangentiaalinen kutistuminen on noin kaksinkertainen radiaaliseen verrattuna, minkä vuoksi tukit halkeilevat säteen suunnassa.
Synteettiset polymeerit rakentuvat samalla tavalla kuin luonnon polymeerit: pienet molekyylit liittyvät pitkiksi ketjuiksi. Vaneri ja lastulevy pysyvät koossa tällaisten hartsien avulla.
Ketju- eli additiopolymerointi liittää monomeerit yhteen ilman sivutuotteita, esimerkiksi polyvinyyliasetaattiliimassa. Polykondensaatiossa ketjujen kasvaessa vapautuu pieni molekyyli, yleensä vesi: fenoli- ja ureaformaldehydihartsit kovettuvat näin.
Lue luku →Jokaisella sivuston lukuarvolla on lähde. Venäläiset oppikirjat antavat kurssin rakenteen; kansainväliset monografiat ja artikkelit antavat yksityiskohdat.