Kemiske sammensætning af træ

Veddets hovedbestandele

Træs tre hovedbestanddele er polymererne:

• Cellulose,
• Hemicellulose
• Lignin

Tilsammen omfatter de ca. 96% af vedstofferne. De øvrige stoffer er her betegnet som bistoffer.

Træ kan sammenlignes med armeret beton, hvor cellulosen modsvarer armeringen og bidrager til trækstyrken, medens ligninen modsvarer betonen og bidrager til trykstyrken. Hemicellulosen udfylder hulrum.

Lidt mere kompliceret kan udtrykkes, at træ er et tre-dimensional biopolymert kompositmateriale i en cellulær konstruktion, der er biologisk og termisk nedbrydelig og har fugtfølsomme egenskaber.

Denne beskrivelse udtrykker, at træ er et sammensat materiale (komposit), som er opbygget af biologiske monomerer (flydende stof), der ligeledes biologisk er polymeriseret til fast stof. Dette er dog ikke homogent, idet det fremtræder som et tre-dimensionalt netværk af cellevægge (vedstof) med hulrum imellem (cellulær konstruktion). Det er endvidere karakteristisk, at træ kan rådne (svampe og bakterier) og blive spist af insekter og visse andre dyr biologisk nedbrydelig, og at det kan brænde termisk nedbrydning). De fugtfølsomme egenskaber henviser til, at træs størrelse (volumen) bliver større eller mindre, hvis dets indhold af vand under fibermætningspunktet ændres.

Dette kompositmateriale er opbygget af forskellige organiske molekyler – der er sammensat ved kemiske bindinger af mange mindre enheder i henholdsvis lange kæder med op til 15.000 enheder og i komplicerede strukturer.

Se tillige artiklen om træs opbygning.

Vedstof

Vedstoffets elementære sammensætning i træer fra den tempererede klimazone er (Kilde: Hoffmeyer, 1990; Pettersen, 1984).

50%  C (= carbon, kulstof)
6%    H (= hydrogen, brint)
43%  O (= oxygen, ilt)
0,2% N (= nitrogen, kvælstof)
0,8% andre stoffer

Tabel: Træs kemiske hovedbestanddele i den tempererede klimazone (Kilde: Pettersen, 1984).

Sammensætningen af vedstof varierer indenfor den enkelte celle, fra celletype til celletype, fra træart til træart, fra marv til bark, fra rod til top, fra vårved til høstved, fra splint til kerne osv. Nåletræ indeholder fx. mere lignin end løvtræ, som har mere hemicellulose.

I den tropiske klimazone forekommer træarter med et højere indhold af lignin og af bistoffer end i den tempererede klimazone.

Cellulose

Cellulosen udgør 40 – 50% af cellevæggen. Cellulosemolekylet består af lange lineære kæder opbygget af glucosemolekyler (polysakkarid) i en mængde af måske indtil 15.000 enheder. Disse kæder kan således blive indtil ca. 5 mm lange.

Cellulosen har en regelmæssig struktur og indeholder stærke sekundære bindingsmuligheder i sine hydroxylgrupper. Se dele af molekylestrukturen i figur 1.

Cellulose tilfører træet mekanisk styrke, især trækstyrke.

Trækved (= reaktionsved i løvtræ) indeholder mere cellulose og mindre lignin end normalt ved. I artiklen om Træs opbygning er trækveds funktion beskrevet.

Del af celluloses struktur.
(Figuren er venligst udlånt af Teknologisk Institut, Træteknik.)

Hemicellulose

Hemicellulosen er den matrikssubstans, hvori cellulosen er indlejret, og den stabiliserer og sammenkitter herved cellulosestrukturen. Hemicellulose er også et polysakkarid (sukkerstof) med mindre molekylvægt end cellulose, og den indeholder mange korte sidekæder.

Hemicellulosen repræsenteres hyppigst af en kombination af forskellige pentosaner (xylan og araban) og hexosaner (glucan, mannan, galactan og uronsyre).

Hemicellulosen har en amorf struktur, der kombineret med dens mange frie hydroxylgrupper bevirker stor evne til at suge vand (hygroskopicitet). Den er dermed væsentligt medvirkende til træets fugtbetingede dimensionsændringer.

Lignin

Lignin er en amorf, tre-dimensional polymer opbygget af polyphenol med mange forgreninger.

Ligninens opgave er at sammenkitte og afstive celluloseskelettet, og den har således væsentlig indflydelse på træets mekaniske egenskaber. Midtlamellen består af omkring 70-80% lignin og virker som cement mellem alle cellerne.

Lignin er den mindst hygroskopiske del af veddets tre hovedkomponenter og har således en dimensionsstabiliserende effekt.

Lignin bidrager væsentligt til veddets trykstyrke. I trykved (= nåletræs reaktionsved) er der mere lignin og mindre cellulose end i normalt ved. I artiklen om Træs opbygning er trykveds funktion beskrevet.

Bistoffer

Bistoffer omfatter dels et meget stort antal, ofte artsspecifikke, lav- og højmolekylære organiske stoffer, og dels et mindre antal uorganiske stoffer. Bistofferne forekommer i den tempererede klimazones træarter i en mængde af 1 – 10%.

De fleste bistoffer forekommer i kerneved (kaldes kernestoffer) og giver ofte dette en mørk kulør. Da adskillige af bistofferne er giftige, er det fuldtudviklede kerneved ofte mere holdbart overfor svampeangreb end splintved, medens flere af stofferne helt eller delvist savnes i ungdomsved (= kerneved omkring marven). Kendskabet til bistoffernes rolle i veddet er i øvrigt begrænset.

Organiske bistoffer er hovedsageligt terpener, polyphenoler og tropoloner.

Terpener er en gruppe af alicycliske forbindelser, som udgør hovedbestandelen af de æteriske olier (fx. vegetabilsk terpentinolie, der hyppigt forekommer i pinusslægten – fyrretræsarterne).

Polyphenolerne omfatter bl.a. pinosylvin, der forekommer artsspecifikt for pinusslægten (fyrretræarterne), er giftig og kan påvirkes med reaktionsvæsker til påvisning af fyrrekerne.

Tropoloner er umættede syvleddede ringforbindelser, der er meget giftige. De vigtigste tropoloner er thujaplicinerne, som er ansvarlige for thujaslægtens gode biologiske holdbarhed, og som mangler helt eller delvist i ungdomsveddet.

Endvidere forekommer ofte komplicerede kvælstofforbindelser, der betegnes alkaloider. Disse er meget giftige og kan selv i forsvindende små mængder have afgørende betydning for veddets teknologiske egenskaber. Se også beskrivelserne af Træs sundhedsegenskaber og Træs naturlige holdbarhed.

De uorganiske bistoffer, askestofferne, udgør sædvanligvis 0,2 – 0,5% af vedstoffets tørvægt. Følgende er almindeligt forekommende: K2O, SiO2, Na2O, SO3, MgO, CaO, P2O5.

Selv i de forekommende små mængder kan askestofferne have afgørende teknisk betydning. For eksempel vil et højt indhold af kisel (SiO2) medføre vanskelig bearbejdning, og hvis det overstiger ca. 1%, bliver veddet uangribeligt for de fleste træborende skadedyr.