DIGITALNA ARHIVA ŠUMARSKOG LISTA
prilagođeno pretraživanje po punom tekstu
| ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 46 <-- 46 --> PDF |
H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković. I. Grbac:PQVRSINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11-12, CXX] (1997), 617-629 hemiceluloza, lignin i ekstraktivne tvari - podložni su raspadanju pri djelovanju sunčevog svjetla. Sama celuloza nije dobar apsorber svjetla, a apsorpcijske karakteristike hemiceluloze - zbog njihove strukturne sličnosti - podudaraju se s onima kod celuloze. Za razliku od celuloze, lignin je odličan apsorber svjetla. Početna i najistaknutija apsorpcija odvija se na kromofornim grupama unutar fenolne molekularne mreže lignina, što ima za posljedicu jače raspadanje nego je to slučaj kod celuloze. Postojanje lignina u stvari u određenoj mjeri zaštićuje celulozu od fotodegradacije stoga što lignin pokazuje izražena apsorpcijska svojstva i sklonost autoksidaciji (Sandermann i Schlumbom 1962, Nanassv i Desai 1971). I drugi su, međutim, drvni sastojci sposobni apsorbirati fotonsku energiju iz UV i vidljivog svjetla čime otpočinju fotokemijske reakcije. Hon (1991) citira Norrstroma koji je ustvrdio da apsorpcijskom koeficijentu drva lignin doprinosi s 80 - 95%, ugljikohidrati s 5 - 20 %, a ekstraktivne tvari s oko 2 %. Kalnins (1966) je izvijestio da se na ozračenoj površini povećava sadržaj celuloze, što je posljedica razgradnje lignina i ispiranja otopljenih produkata razgradnje. Izgleda daje svjetlo znatno manje djelovalo na celulozu nego na lignin, osim na najgornjem površinskom sloju. Slični rezultlati dobiveni su i kod niza vrsti drva izloženih na pokusnoj ogradi tijekom 30 godina (Feist i Hon, 1984). Gornji sivi sloj iskazao je vrlo nizak sadržaj lignina, dok je u smeđem podsloju udjel lignina iznosilo 40-60 % od onog kod neizloženog drva. Smatra se da proces razgradnje započinje oksidacijom fenolnih hidroksilnih grupa lignina (Hon 1981). Ovo rezultira umanjenjem metoksilnog i ligninskog udjela te povećanjem kiselosti i karboksilne koncentracije u drvnoj tvari (Feist i Hon 1984). Kemijska razgradnja celuloze, hemiceluloze i lignina u prisutnosti molekula kisika stvarahidroperokside (Hon i Feist, 1993). Svi daljnji produkti razgradnje (uglavnom organske kiseline, vanilin i spojevi veće molekulske mase) vodotopljivi su i ispirljivi (Kalnins, 1966). Ksilan i araban brže se otapaju nego glukozan, ukazujući na to da u hidroliziranom vodenom ekstraktu ne prevladava glukoza. Kasnije su Yoshimoto i Minami (1968) izvijestili daje ksiloza glavni produkt razgradnje hemiceluloze, dok se povećanje udjela arabinoze nakon izlaganja može pripisati raspadu celuloze. Povećanje sadržaja karbonilnih grupa rezultat je oksidacije i lignina i celuloze. Opće kemijske promjene pokazuju da je vremenu izložena drvna površina bogatija karbonilnim grupama, dok je lignin razgrađen, a zatim i ispran djelovanjem vode (Feist i Hon, 1984, Hon i Feist 1986). Raspoložive reaktivne grupe lignina sastoje se od etera, hidroksilnih grupa, karbonilnih i karboksilnih grupa. Mnoga aromatska i fenolna mjesta u strukturi lignina također su sposobna da reagiraju na svjetlu, kako bi otpočele lančane reakcije slobodnih radikala. One rezultiraju stvaranjem fenoksi radikala koji su glavni prijelazni oblik spoja koji nastaje u svjetlom ozračenom ligninu( Feist i Hon, 1984). Lignin se lako razgrađuje na svjetlu kraćem od 350 nm, pa je prema tome vrlo podložan razgradnji pri djelovanju UV dijela sunčevog svjetla. Svjetlo valnih duljina dužih od 350 nm ne razgrađuje, ali uzrokuje izbjeljivanje i svijetljenje lignina. Smatra se daje primarni proces u fotokemijskoj razgradnji celuloze pucanje njenih lanaca (Kleinert, 1964, Desai i Shields 1969), a ovaj proces nije ovisan o prisutnosti kisika. U osnovi ultraljubičasto svjetlo djeluje samo na molekule u amorfnim (nesređenim) područjima celulozne strukture. Hon (1981) je prikazao rezultate koji stavljaju u direktni međuodnos ESR signale (tj. lakoću stvaranja slobodnih radikala) sa stupnjem kristaliničnosti raznih uzoraka celuloze. Vjeruje se da su organizirana područja celuloze nepropusna za svjetlo zbog visokog stupnja njihove kristaliničnosti, pa se depolimerizacija događa samo u svjetlu dostupnim, amorfnim područjima (Hon i Feist, 1981). Kakogod, površina kristala zasićena je hidroksilnim skupinama koje su također sposobne da reagiraju sa svjetlom (Hon, 1980). Slobodni radikali koji nastaju rasapom celuloze stvaraju se u vrlo kratkom vremenu izlaganja, a daju glukozu i oligosaharide i rezultiraju smanjenjem stupnja polimerizacije. U početnim stadijima fotodegradacije gubitak mase vrlo je malen u usporedbi sa smanjenjem stupnja polimerizacije (Desai i Shields, 1969). Istraživanja su pokazala da su kemijske promjene pri istovremenom djelovanju svjetla i vode veće nego što je učinak bilo samog svjetla ili samo vode (Anderson i dr. 1991, Horn i dr. 1992). Prvotna uloga molekula vode u oblikovanju i slobodnih radikala tijekom svjetlosne razgradnje mogla bi biti u olakšavanju prodiranja svjetla u dostupna područja i otvaranje manje dostupnih područja za svjetlo (Hon i Feist 1981). Davno je ustanovljeno da vrlo suha celuloza prolazi veće promjene u dubljem UV području (254 nm) nego ista celuloza s normalnim sadržajem vode (Launer i Wilson, 1949). To naznačuje da su neke molekule vode sadržane u fundamentalnoj kemijskoj kombinaciji s celulozom (vidi također Hatakevam u i dr. 1987), a te molekule vode inhibiraju fotokemijske promjene celuloze. Hon i Feist (1981) su isto tako ustvrdili da iznad 6,3 % sadržaja vode u drvu vezana voda nije više poticala nastajanje slobodnih radikala. Posljedica znatno povećanih sadržaja vode mogla bi biti u bubrenju amorfnih područja celuloze, pospješujući prodiranje svjetla i doprinoseći stvaranju više slobodnih radikala u tim područjima, ali istovremeno i umanjujući stabilnost novoformiranih slobodnih radikala. Hon i Feist (1981) pretpostavili su da kod |