Tecnologia del legno LEGNO COSTITUENTI CHIMICI DEL LEGNO PARETI CELLULARI 16/04/13

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Erico Gasparini
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1 Tecnologia del legno LEGNO COSTITUENTI CHIMICI DEL LEGNO PARETI CELLULARI 1. Coast Redwood Sequoia sempervirens: m (378.1 ft.), Redwood National Park, California 2. Coast Douglas-fir Pseudotsuga menziesii: m (329.1 ft.), Brummit Creek, Coos County, Oregon 3. Sitka Spruce Picea sitchensis: 96.7 m (317.3 ft.), Prairie Creek Redwoods State Park, California 4. Giant Sequoia Sequoiadendron giganteum: 93.6 m (307.1 ft.), Redwood Mountain Grove, California 5. Australian Mountain-ash Eucalyptus regnans: 92.0 m (301.8 ft.), Styx Valley, Tasmania 1

2 Il legno Il legno è un tessuto vegetale, fibroso e consistente, che costituisce la struttura portante del fusto e e dei rami degli alberi (e arbusti) appartenenti alla sottodivisione botanica delle Gimnosperme e Angiosperme limitatamente alla classe delle dicotiledoni. Le sue funzioni nell'ambito della pianta sono soprattutto: trasporto dei liquidi, (fisiologica) sostegno (meccanica) accumulo di sostanze nutritive produzione di secrezioni di vario tipo. CELLULE SPECIALIZZATE 2

3 ..Gimnosperme e Angiosperme limitatamente alla classe delle dicotiledoni. Sotto la denominazione di legno viene comunemente intesa la materia prima fornita dai fusti degli alberi a seguito di un'attività vegetativa che si esplica mediante un accrescimento primario (in altezza) e secondario (in diametro) e dà luogo alla formazione di successivi strati concentrici di conoidi legnosi. Accrescimento secondario LEGNO 3

4 Legno Floema (libro) Cortex Duramen Alburno cambio Chimicamente il legno è costituito da: 50% C 42% O 6% H 2% N e altri elementi Si combinano tra loro per formare i principali composti organici del legno Cellulosa Emicellulose Lignina Sostanze pectiche 4

5 Fase di matrice: Emicellulosa Pectina Lignina Fase fibrillare: Cellulosa Proporzioni di cellulosa, emicellulose e lignina: Conifere Latifoglie cellulosa 40-50% = cellulosa 40-50% emicellulose 20% < emicellulose 15-35% lignina 25-35% > lignina 17-25% 2-15% estrattivi: tannini, olii, grassi, resine, cere, gomme, amido e terpeni proporzione di sostanze pectiche è molto ridotta. 5

6 La Cellulosa è una catena polisaccaridica lineare costituita da 1000 a residui di β glucosio (C 6 H 12 O 6 ) con legame glicosidico β (1-4) 4 1 β (C 6 H 10 O 5 )n Molecole lunghe e lineari β glucosio L unità di base della cellulosa è il cellobiosio, un dimero costituito da due molecole di ß-D-glucosio unite da legame glicosidico β (1-4) 4). le catene (5), unite tra loro da legami idrogeno, formano strutture a fasci dette micelle micelle sono unite a formare microfibrille di 5-15 nm di diametro Le microfibrille si uniscono tra loro a formare sottili filamenti che possono avvolgersi gli uni agli altri formando una macrofibrilla di 0,5 µm di diametro 6

7 Le emicellulose risultano chimicamente simili alla cellulosa grado di polimerizzazione più basso n = monomeri hanno ramificazioni laterali altri monosaccaridi (mannosio, xilosio, galattosio) Le sostanze pectiche sono composti di natura analoga struttura filiforme polimerizzazione di molecole di acido galatturonico si idratano facilmente assumendo una consistenza gelatinosa. Acido galatturonico C 6 H 10 O 7 La presenza di lignina differenzia il legno dagli altri materiali cellulosici prodotti in natura. La lignificazione, ovvero la deposizione di lignina all'interno delle pareti, costituisce l'ultimo stadio dello sviluppo cellulare. La lignina è un complesso polimero tridimensionale costituito da monomeri collegati tra loro mediante una gran varietà di legami chimici. I vari polimeri sono costituiti dalla ripetizione di un monomero di base rappresentato dall'idrossifenilpropano da cui si originano i tre principali precursori alcoli: coniferilico, sinafilico e cumarilico. Strutture amorfe molecolari amorfe non cristalline La composizione della lignina contenuta nel legno delle Conifere differisce da quella delle Latifoglie e varia tra le diverse specie botaniche appartenenti a quest'ultima categoria. 7

8 Cellulosa Emicellulose Lignina Sostanze pectiche pareti cellulari Gli alberi sono formati prevalentemente da cellule morte delle quali resta solo la parete cellulare che determina le caratteristiche del legno Morfologia della parete cellulare Strati uno dentro l altro Lamella mediana Individualità morfologica Parete primaria Parete secondaria lamella mediana 8

9 Morfologia della parete cellulare vegetale Lamella mediana Strato più esterno Spessore < 30 μ lamella mediana Morfologia della parete cellulare vegetale Lamella mediana Composti pectici e lignina Tiene unite le cellule saldata con la parete primaria Lamella mediana + 2 pareti primarie = lamella mediana composta 9

10 Lamella mediana Lamella mediana É lo strato più esterno Unisce due cellule adiacenti Lo spessore è < 30 μ Proteine Cellulosa Pectine É costituita da pectine e acqua Acqua Morfologia della parete cellulare vegetale Parete primaria Sostanze pectiche (35%), Emicellulosa (25%), Cellulosa (25%), Proteine (1-8%) Fibrille da trasversali a oblique rete a maglie larghe lamella mediana 10

11 Parete primaria Si forma subito dopo la nascita della cellula Spessore da 0,1 a 1 µ Costituenti proteine 1-8% (nelle dicotiledoni) cellulosa 25%, sostanze pectiche 35% emicellulose 25%, Parete primaria Parete secondaria Proteine Cellulosa Pectine Emicellulose Morfologia della parete cellulare vegetale Parete secondaria tre strati, S1, S2 e S3 Con diverso orientamento delle microfibrille di cellulosa, il che conferisce una maggiore resistenza alla parete. S1 fibrille perpendicolari lamella mediana Conifere > latifoglie S2 spesso, fibrille orientate quasi parallelamente S3 non sempre presente 11

12 Parete Secondaria Si forma nelle cellule che hanno terminato il processo di distensione e differenziamento. Varia la composizione chimica. Lamella primaria Aumenta la cellulosa ed aumentano le zone con struttura cristallina; inoltre i polimeri di cellulosa sono più lunghi. Microfibrille tendono ad associarsi e formare macrofibrille. La parete perde plasticità Parete primaria Parete secondaria Proteine Cellulosa Pectine Emicellulose Lignina Costituenti della parete e distribuzione Lamella mediana Parete primaria Parete secondaria Proteine Cellulosa Pectine Emicellulose Acqua Lignina 12

13 Caratteristiche della cellulosa Permette il passaggio dell acqua e soluti Forza tensile come l acciaio È la molecola biologica più abbondante sulla terra Gli animali non possono idrolizzare la cellulosa ( incapacità di scindere il legame) Solo funghi e batteri (compresi quelli presenti nell apparato digerente di ruminanti, e di alcuni insetti, come le termiti e le lepisme) sono in grado di biodegradare la cellulosa. RESISTENZA MECCANICA A TRAZIONE LONGITUDINALE Caratteristiche della ignina È un polimero di natura fenolica molto complesso. La parete cellulare lignificata è idrofoba, resistente e non plastica. Molto resistente alla degradazione Solo organismi ligninolitici sono in grado di degradare la lignina RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE ASSIALE Composizione % del peso secco del legno 50% cellulosa 15-25% emicellulosa 15-30% lignina 2-15% estrattivi: tannini, olii, grassi, resine, cere, gomme, amido e terpeni Specie Cellulosa Emicellulosa Lignina Larix laricina , Pinus resinosa , Betula lutea Fagus grandifolia Acer saccharum Populus nigra

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