BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. Ústav nauky o dřevě

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně

Ústav nauky o dřevě

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Bobtnání jasanového dřeva ve vodě, acetonu, benzaldehydu cyklohexanu a toluenu

2009

Pavel Šudřich

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Bobtnání dřeva jasanu ve vodě, acetonu, toluenu, benzaldehydu a cyklohexanu vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, že moje bakalářská práce smí být zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a uložena v archivu ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby zveřejněných prací.

Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne: 22.4.2009 Podpis:

Poděkování: Nejprve bych chtěl poděkovat vedoucímu mojí bakalářské práce Ing. Hanuši Vavrčíkovi, Ph.D, a také Ing. Vladimíru Grycovi, Ph.D, za konzultace, ochotu a trpělivost při řešení problémů a otázek týkající se mé práce. Taktéž bych chtěl poděkovat doc. Ing. Danieli Tesařové, Ph.D, za

pomoc a rady týkajících

se zvolených kapalin. Dále bych chtěl poděkovat Ústavu nauky o dřevě za to, že mi poskytl potřebné materiály a vybavení pro realizaci bakalářské práce. Na závěr bych chtěl poděkovat svým rodičům za to, že mi umožnili studovat na této škole a v průběhu studia mě plně podporovali.

Abstrakt:

Autor:

Pavel Šudřich

Název práce:

Bobtnání jasanového dřeva ve vodě, acetonu, toluenu, benzaldehydu a cyklohexanu

Cílem této bakalářské práce je zjistit bobtnání dřeva jasanu (Fraxinus excelsior L.) ve vodě, acetonu, benzaldehydu, cyklohexanu a toluenu. Data získaná experimentálním měřením vycházejících ze standardních technických norem ČSN 49 0104, ČSN 49 0126, ČSN 49 0108, ČSN 49 0103, ČSN 49 0144) jako jsou celkové bobtnání, koeficienty bobtnání a nasáklivost. V teoretické části jsou jednotlivé vlivy na bobtnání dřeva jasanu popsány a diskutovány. V praktické části jsou uvedeny naměřené hodnoty,které jsou statisticky zpracovány a porovnány mezi sebou a s daty uvedenými v literatuře. Rozdílné výsledky byly získány u celkového bobtnání dřeva jasanu ve vodě, odchylka byla patrně způsobena použitím pouze 12-ti stromů ze dvou lokalit. U zjišťování tangenciálního bobtnání jasanového dřeva v acetonu jsem došel k závěru, že je téměř totožné s tangenciálním bobtnáním u Javoru cukrového. Bobtnání v benzaldehydu bylo nepatrné. Hodnota byla o 95,5 % nižší než bobtnání ve vodě a hodnota MNBS byla o 2/5 nižší než u vody. Tangenciální bobtnání v benzaldehydu se nepodařilo ověřit, ale blíží se ke smrku sitka. Nejmenší hodnoty bobtnání a nasáklivosti měly vzorky jasanu v kapalinách toluenu a cyklohexanu.

Klíčová slova: Bobtnání dřeva, nasáklivost, jasan, voda, aceton, toluen, benzaldehyd, cyklohexan

5

Abstrakt:

Autor:

Pavel Šudřich

The name of the work:

Swelling of ash wood in water, acetone, toluene, benzaldehyde and cyklohexane

Aim those baccalaureate work is to find out swelling of wood ash (Fraxinus excelsior L.) in water, acetone, benzaldehyde, cyclohexane and toluene. Data gained experimental metering orient from standard technical norms ČSN 49 0104, ČSN 49 0126, ČSN 49 0108, CSN 49 0103, ČSN 49 0144) as are general swelling, coefficient swelling, absorbability. In theoretic part are individual

influences on swelling of wood ash

circumscribed and discusseds. In practical part are mentioned measured funds,that are

statistically processed and compared with one another and with data

mentioned in literature. Different record was gained near of the total swelling of wood ash in water, departure was evidently incurred by using only 12-the treenear from two localities. U recognition tangent swelling ashen wood in acetone am get to closethat the is almost identical with tangent swelling near maple sugar. Swelling in benzaldehyde was slight. Value was about 95,5 % inferior to swelling in water and value MNBS was about 2 /5 lower than in waters. Tangent swelling in benzaldehyde

miss

verify, but nears to spruce situs. Smallest funds swelling and absorbability have had exhibits ash in liquids toluene and cyclohexane

Keywords: Swelling of wood, absorbability, ash, water, acetone,toluene, benzaldehyde, cyclohexane

6

1

Úvod..................................................................................................9

2

Cíl práce .........................................................................................10

3

Literární přehled ............................................................................11 3.1

Jasan ztepilý (Fraxinus excelsior L) ...........................................11

3.1.1 Popis dřeviny..........................................................................11 3.1.2 Makroskopické znaky dřeva jasanu .........................................12 3.1.3 Mikroskopické znaky dřeva jasanu ..........................................13 3.1.4 Chemické složení dřeva jasanu................................................14 3.1.5 Fyzikální vlastnosti dřeva jasanu .............................................16 3.1.6 Využití dřeva jasanu ...............................................................16 3.2

Bobtnání dřeva..........................................................................17

3.2.1 Faktory ovlivňující bobtnání dřeva ..........................................20 3.3

Mez nasycení buněčných stěn a mez hygroskopicity ..................21

3.4

Nasáklivost ...............................................................................23

3.5

Teorie sorpce ............................................................................24

3.5.1 Monomolekulární sorpce.........................................................25 3.5.2 Polymolekulární sorpce...........................................................25 3.5.3 Kapilární kondenzace..............................................................26 3.6

Bobtnání dřeva v různých kapalinách.........................................26

3.6.1 Výzkum v oblasti bobtnání dřeva v organických kapalinách ....28 3.6.2 Vliv teploty na maximální bobtnání dřeva ...............................29 3.7

Charakteristika kapalin..............................................................30

3.7.1 Voda.......................................................................................30 3.7.2 Aceton ....................................................................................31 3.7.3 Toluen ....................................................................................32 3.7.4 Cyklohexan.............................................................................34 3.7.5 Benzaldehyd ...........................................................................34 4

Materiál a metodika .......................................................................35 4.1

Stanovení maximálního bobtnání a nasáklivosti .........................35

4.1.1 Materiál ..................................................................................35 4.1.2 Zařízení a pomůcky.................................................................36 4.1.3 Metodika ................................................................................36

7

5

Výsledky .........................................................................................40 5.1

Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva ve sledovaných

kapalinách ...............................................................................................40 5.1.1 Hustota absolutně suchého dřeva.............................................40 5.1.2 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva ve vodě ....................41 5.1.3 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v acetonu .................43 5.1.4 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v toluenu..................45 5.1.5 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v benzaldehydu ........47 5.1.6 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v cyklohexanu ..........49 5.2 6

Srovnání bobtnání a nasáklivosti v jednotlivých kapalinách .......51

Diskuze ...........................................................................................54 6.1

Hustota jasanu ztepilého (Fraxinus excelsior L.)........................54

6.2

Bobtnání a nasáklivost jasanu ve vodě .......................................54

6.3

Bobtnání a nasáklivost jasanu v acetonu ....................................55

6.4

Bobtnání a nasáklivost jasanu v toluenu.....................................56

6.5

Bobtnání a nasáklivost jasanu v benzaldehydu ...........................57

6.6

Bobtnání a nasáklivost jasanu v cyklohexanu.............................58

7

Závěr...............................................................................................59

8

Summary ........................................................................................60

9

Použitá literatura ...........................................................................62

8

1 Úvod Dřevo je organický–anizotropní materiál patřící mezi obnovitelné zdroje energie, jako jeden z druhů biomasy. Je to snadno dostupný přírodní materiál, který lidé široce využívají po celou dobu své historie. Nejvíce se používá v dřevařském a nábytkářském průmyslu taktéž se hojně využívá v celulózopapírenském průmyslu a jako palivo. Proto je důležité znát co nejlépe všechny jeho vlastnosti. Celkové bobtnání (α) je schopnost dřeva přijímat kapaliny a

zvětšovat

svoje rozměry ve všech anatomických směrech, také zvyšuje svoji hmotnost a mění se mechanické vlastnosti. Při bobtnání pohlcuje dřevo vlhkost ze svého okolí (vodu vázanou v rozsahu vlhkosti 0 %–MH (MNBS). Po dosažení tohoto bodu dřevo dále nezvětšuje své rozměry ale zvyšuje se jeho hmotnost. Pro praxi i výzkum je nutné vědět jak se dřevo chová při styku s různými kapalinami. Toho je následně využíváno při ochraně dřeva, povrchových úpravách, rozvlákňování. .

9

2 Cíl práce Cílem této bakalářské práce je zjistit bobtnání dřeva jasanu ztepilého (Fraxinus excelsior L.) ve vodě, acetonu, toluenu, benzaldehydu a cyklohexanu. Hlavním úkolem je dosažení maximálního bobtnání, dále vyjádření veličin jež charakterizují chování dřeva jasanu ve zvolených kapalinách, kterými jsou hodnoty celkového bobtnání a koeficienty bobtnání. Výsledné hodnoty jednotlivých kapalin budou porovnány mezi sebou a s údaji uváděnými v literatuře.

10

3 Literární přehled 3.1 Jasan ztepilý (Fraxinus excelsior L)

3.1.1 Popis dřeviny Jasan ztepilý (Fraxinus excelsior L.), je opadavý, až 40 m vysoký strom s kmenem o průměru až 1 m. Borka v mládí hladká, ve stáří podélně brázditá, zprvu šedá, později až šedočerná. Listy vstřícné, lichozpeřené, se 7 až 15 lístky, které jsou podlouhlé na okraji pilovité, lehce přisedlé, koncový lístek řapíkatý. Plodem jsou křídlaté nažky (http://botanika.wendys.cz/kytky/K592.php). Jasanové dřevo je velmi kvalitní, tvrdé a pružné, užívá se zejména při výrobě nábytku, sportovního náčiní, v truhlářství, atd… (Matovič et al.; 1992).

obr. 1: Fraxinus excelsior - jasan ztepilý

obr. 2: list jasanu ztepilého

(http://botanika.wendys.cz/kytky/K592.php)

11

3.1.2 Makroskopické znaky dřeva jasanu Dřevo jasanu patří do skupiny dřev listnatých s kruhovitě pórovitou stavbou dřeva (zřetelná hranice mezi jarním a letním dřevem). Má vylišeno jádro a běl. Běl je široká (nad 5 cm) nažloutlá, narůžovělá. Jádro je světlehnědé až hnědé (jádrová dřevina s vyzrálým dřevem). Pozvolný přechod mezi jádrem a bělí. Makropóry tvoří v zóně jarního dřeva zřetelné póry, které na podélných řezech vytváří množství zřetelných rýh (obr. 3, b, c). Mikropóry jsou pouhým okem nezřetelné a netvoří v letním dřevě žádná charakteristická uskupení. Dřeňové paprsky jsou zřetelné pouze na radiálním řezu (obr. 3, b), na kterém tvoří malá nezřetelná zrcátka. (Šlezingerová, Gandelová; 2001). Jasanové dřevo je středně těžké a tvrdé. Hustota dřeva v absolutně suchém stavu se udává okolo ρ0 = 670 kg· m -3 (410–650–820 kg· m -3 ). Průměrná čelní tvrdost při w = 12 % se udává přibližně 80 MPa (Wagenführ et al.; 1974, Matovič et al.; 1992, Horáček; 2001).

a) příčný řez

b) radiální řez

c) tangenciální řez

Obr. 3: Makroskopická stavba dřeva jasanu (Vavrčík et al.; 2002)

12

3.1.3 Mikroskopické znaky dřeva jasanu Listnaté dřevo je vývojově mladší, má složitější stavbu a skládá se z většího množství buněk než dřevo jehličnaté. Je tvořeno čtyřmi základními anatomickými elementy: -

tracheje (cévy): vodivá funkce

-

tracheidy (cévice): (přechodné a.e.) - cévovité s vodivou funkcí - vláknité s mechanickou funkcí

-

libriformní vlákna: mechanická funkce

-

parenchymatické buňky: zásobní funkce diagnostický znak

hodnota

viditelnost na řezech

vrstevnatost dř. paprsků

1–4

P, T

uspořádání jarních cév

převážně jednotlivě

P

uspořádání letních cév typ perforace cév výskyt thyl v cévách typ dřeňových paprsků typ ax. parenchymu apotracheálního

bez seskupení jednoduchá ano homogenní

P R P, R, T R, T

hraniční

P

typ ax. parenchymu paratracheálního vazicentrický P přítomnost a typ tracheid ne R, T Tab.1: Tabulka vybraných mikroskopických znaků dřeva jasanu (Šlezingerová, Gandelová; 2002)

Na příčném řezu (obr. 4a) jsou póry zřetelně rozlišeny na makropóry (příčný rozměr nad 100 µm) a mikropóry (do 100 µm). Těmito dvěma anatomickými elementy je zřetelně vylišena hranice mezi jarním a letním dřevem (hranice letokruhu). Makropóry (tenkostěnné jarní cévy) jsou soustředěny v jarním dřevě a jsou uspořádány v jedné nebo více převážně nesouměrných vrstvách, je zde možný výskyt thyl. Mikropóry (tlustostěnné letní cévy) jsou nepravidelně rozptýleny v zóně letního dřeva. Základní pletivo je tvořeno libriformními vlákny (tlustostěnné buňky) Dřeňové paprsky jsou 1–4 vrstevné, homogenní. Podélný dřevní parenchym je převážně paratracheální vazicentrický (Šlezingerová,Gandelová; 1994).

13

a) příčný řez

b) radiální řez

c) tangenciální řez Obr. 4: Mikroskopická stavba dřeva jasanu (Vavrčík et al.; 2002)

3.1.4 Chemické složení dřeva jasanu Všeobecně se dřevo po chemické stránce skládá z organických látek – celulózy, hemicelulózy a ligninu dále jsou ve dřevě obsaženy tuky a bílkoviny. Kromě těchto organických (spalitelných) látek jsou ve dřevě obsaženy i látky anorganické – minerální, z nichž po spálení vzniká popel. Celulóza (C6H10 O5)n– polysacharid, tvoří dlouhé vláknité makromolekuly, které vznikají spojením β-D glukopyranózových jednotek (1-4) β-D glykosidovými vazbami. Je základní složkou buněčné stěny. Existují 2 strukturální typy – krystalická část cca 70 % a amorfní část cca 30 %. Chemicky velmi stálá. Nerozpouští se ve vodě, lihu, acetonu, zředěných kyselinách a alkáliích (Požgaj et al.; 1997, Šlezingerová, Gandelová; 2005).

14

Hemicelulózy jsou lineární polysacharid. Dělí se na pentosany (ve dřevě listnáčů je jich obsaženo více) a hexosany (ve dřevě jehličnanů je jich obsaženo více). Má velký vliv na chemické a fyzikální vlastnosti dřeva. Nejvíce je to patrné při vaření paření a lisování dřeva. Chemicky je méně stálá než celulóza a její vlastnosti a složení nejsou tak složité jako u celulózy. Hemicelulózy doprovází celulózu v jednotlivých vrstvách buněčné stěny (Wagenführ; 1974). Lignin

je

polyfenolická

amorfní

látka,

má

aromatický

charakter

(fenylpropanové jednotky). Dodává dřevu pevnost – zabezpečující dřevnatění jeho buněčných stěn. Ve dřevě jehličnanů je ho více než ve dřevě listnáčů. Lignin je tepelně málo stálý, jeho rozklad začíná už při 140–150 °C. Je termoplastický a vyznačuje se velkou absorbcí světla. Největší zastoupení má ve střední lamele a to 60–90 % (Požgaj et al.; 1997). Doprovodné složky dřeva jsou převážně nízkomolekulové látky, nachází se v buněčných stěnách, lumenech a mezibuněčných prostorech. Vyskytují se ve dřevě jen v malých množstvích (3–10 %). Na rozdíl od hlavních složek dřeva jsou většinou rozpustné v rozpouštědlech a lze je oddělit extrakcí. Rozdělují se na anorganické a organické látky. Anorganické látky – jsou obsaženy v popelu ( Ca, K, Mg, a Na). Organické látky – Sacharidy (škroby, pektiny), Fenoly, Terpeny, acyklické kyseliny, alkoholy a bílkoviny (Požgaj et al.; 1997, Šlezingerová, Gandelová; 2005).

Chemické složky Zastoupení (%) Celulóza 44,2–46,8 21,3–30,4 Lignin Pentozany 22,6–26,7 Éterické složky 0,45–0,61 Popeloviny 0,35–0,67 Tab. 2: Vybrané jednotlivé složky ve dřevě jasanu (Kollmann; 1941, Wagenführ; 1974)

15

3.1.5 Fyzikální vlastnosti dřeva jasanu MNBS se u jasanu pohybuje od 23–25 %. Průměrné hodnoty hustot (ρ0 670 kg· m -3 ), (ρ12 710 kg· m -3) a konvenční hustoty (ρk 600 kg· m -3 ) dřeviny (Fraxinus excelsior L.) (Horáček; 2001).

Fyzikální vlastnosti

Hodnoty (%)

Objemová hmotnost dřeva v suchém stavu Objemová hmotnost dřeva při 12 % vlhkosti

410–650–820 kg· m

-3

450–690–860 kg· m

-3

Objemová hmotnost dřeva v pokáceném stavu

600–800–1140 kg· m

-3

přibližně 8 % Bobtnání tangenciální αt Bobtnání radiální αr přibližně 5 % Bobtnání délkové αl 0,2 % Bobtnání objemové αv přibližně 13,2 % Pórovitost 57 % * Koeficient bobtnání Kαt 0,31 % * Koeficient bobtnání Kαr 0,19 % * Koeficient bobtnání Kαv 0,52 % Tab. 3: Vybrané fyzikální vlastnosti dřeva jasanu ve vztahu k bobtnání (Wagenführ,1974; Ugolev; 1975)

Toto rozmezí hodnot je způsobeno druhem dřeviny a jeho anatomickou stavbou. Dále také rozdíly mezi jarním a letním dřevem, jádrem a bělí, stanovištními podmínkami, lokalitou, atd.

3.1.6 Využití dřeva jasanu Jasan má kvalitní kruhovitě pórovité dřevo, jež je značně pružné a ohebné a přitom dostatečně tvrdé. Vyrábí se z něj nábytek, dveře, zárubně, schodiště, dýhy, parkety, sportovní nářadí, hudební nástroje a topůrka či násady na různé nástroje. Dříve se z něj vyráběly také například lyže, ploty, kočárky a automobilové karoserie. (http://botanika.wendys.cz/kytky/K592.php)

16

3.2 Bobtnání dřeva Bobtnání dřeva je fyzikání jev vyznačující se zvětšováním svých rozměrů při pohlcování vody vázané. Bobtnání je lokalizováno v buněčné stěně, kde dochází k oddalování či přibližování fibrilární struktury. Hygroskopická voda se ukládá do buněčných stěn, vniká mezi mikrofibrily a tlačí je od sebe, následkem toho se zvětšují rozměry buněčných stěn a celého dřeva. Bobtnání dřeva probíhá jen do meze nasycení buněčných stěn (MNBS). Další přijímaná voda, tzv. voda volná, se ukládá do buněčných dutin (lumenu), čímž už dále nemění rozměry, ale pouze se zvyšuje hmotnost. Dřevo nebobtná rovnoměrně, ale ze začátku je bobtnání rychlejší a s přibližováním se k vlhkosti MNBS se rychlost bobtnání snižuje. S bobtnáním a přibývající vlhkostí se zhoršují mechanické vlastnosti dřeva. Celkové bobtnání (α) nazýváme schopnost dřeva zvětšovat svoje lineární rozměry, plochu nebo objem při přijímání vázané vody v rozsahu vlhkosti 0 %– MNBS. Rozeznáváme lineární bobtnání (v jednotlivých anatomických směrech – podálném, radiálním a tangenciálním), plošné (změna plochy tělesa) a objemové (změna objemu tělesa). Bobtnání dřeva od absolutně suchého stavu do MNBS označujeme jako bobtnání celkové (maximální). Bobtnání dřeva v jakémkoliv menším intervalu nazýváme bobtnáním částečným. Bobtnání se vyjadřuje podílem změny rozměru k původní hodnotě a uvádí se nejčastěji v % (Gandelová et al.; 2008).

Maximální bobtnání tak lze vypočítat ze vztahu:

α i max = Kde:

α i max

imax − i0 ⋅100 i0

[%]

…. maximální bobtnání (V; L, T, R) (%)

imax ….... hodnoty vlhkého vzorku (V; L, T, R) (m3 ; m) i0 ……….hodnoty absolutně suchého vzorku (V; L, T, R) (m3 ; m)

17

Bobtnání má také anizotropní charakter (to znamená, že v různých anatomických směrech bobtná rozdílně)…. Podél vláken je bobtnání velmi malé a nepřesahuje 1 %, průměrná hodnota celkového podélného bobtnání se pro naše dřeviny udává 0,1–0,4 %. V příčném směru dřevo bobtná mnohem více, v radiální směru 3–6 % a v tangenciálním směru 6–12 %. Velikost bobtnání závisí především

na

druhu

dřeviny.

Součtem

jednotlivých

lineárních

bobtnání

(podélného, tangenciálního, radiálního), získáme přibližnou hodnotu celkového objemového bobtnání. Bobtnání v jednotlivých anatomických směrech se často v literatuře vyjadřuje poměrem (Gandelová et al.; 2008).

α t : α r : α l = 20 : 10 : 1 Hlavním důvod rozdílnosti bobtnání v jednotlivých anatomických směrech je dán orientací fibril v buněčné stěně. Vzhledem k tomu, že největší podíl z buněčné stěny připadá na S2 vrstvu sekundární buněčné stěny (až 90 %), kde se orientace fibril příliš neodklání od podélné osy kmene (15–30˚), dochází k maximálním rozměrovým změnám ve směru napříč vláken. V této vrstvě je také největší obsah celulózy, která díky výraznému krystalickému podílu (70 %) předurčuje chování dřeva. Sekundární buněčná vrstva S Š způsobuje téměř konstantní rozměry lumenu, tudíž veškeré rozměrové změny působí směrem od lumenu ke střední lamele. Malé rozměrové změny v podélném směru se vysvětlují tím, že molekuly vody nemohou vnikat mezi fibrily do valenčního řetězce v podélném spojení díky silným chemickým vazbám. Lexa a kolektiv (1952) uvádí, že podélné bobtnání dřeva bude tím větší, čím větší odklon budou mít fibrily od osy vláken. Rozdílné bobtnání v radiálním a tangenciálním směru je vysvětlováno vetší tloušťkou buněčné stěny v tangenciálním směru než v radiálním (obr. 5) a orientací dřeňových paprsků v radiálním směru. Fibrily ve stěnách parenchymatických buněk jsou převážně orientovány v ose buňky (v radiálním směru) a toto uložení způsobuje restrikci hygroexpanze dřeva v radiálním směru (Horácek; 2001).

18

Obr. 5: Příčný řez buněčnou stěnou – a) tloušťky jednotlivých vrstev;

b) odklon fibril

v jednotlivých vrstvách (ML – střední lamela; P – primární stěna; S – sekundární stěna tvořená vnější S1, střední S2 a vnitřní S3 vrstvou; CML – složená střední lamela; L – lumen) (Grosser; 1985 ).

Pro poměr mezi bobtnáním v radiálním a tangenciálním směru se používá termín diferenciální bobtnání. Hodnota diferenciálního bobtnání je závislá na hustotě dřeva a platí, že se daná hodnota s rostoucí hustotou snižuje. Proto mají jehličnaté dřeviny celkově vyšší hodnotu diferenciálního bobtnání (αdif) než listnaté. Průměrná hodnota se udává kolem 2, běžně se však pohybuje v intervalu od 1 do 3,5 (Horácek; 2001). Hustota dřeva se zvyšuje s vlhkostí, ale hmotnost a objem dřeva nerostou stejným způsobem. Zatímco hmotnost dřeva roste se zvyšující se vlhkostí až do maximálního nasycení (maximální vlhkost dřeva), objem se zvyšuje jen do MNBS, (MH) (Horácek; 2001). Koeficient bobtnání Kα vyjadřuje procentickou změnu rozměrů při změně vlhkosti o 1 %. Výpočet a použití koeficientu bobtnání předpokládá, že změny rozměrů těles pod mez hygroskopicity jsou lineárně úměrné změnám vlhkosti, tento předpoklad není zcela přesný, ale jeho použití v praxi je dostačující (http://wood.mendelu.cz) Koeficienty bobtnání pro vybrané druhy dřevin uvádí tab. 4.

Vztah pro výpočet koeficientu bobtnání dřeva: K αi =

α i max MNBS

19

Koeficient bobtnání (%/ 1 %w) Objemový Kα Radiální Kα Tangenciální Kα MD 0,61 0,2 0,39 BO 0,51 0,18 0,31 SM 0,5 0,17 0,31 BR 0,64 0,28 0,34 BK 0,55 0,18 0,35 JS 0,52 0,19 0,31 DB 0,5 0,19 0,29 Tab. 4: Koeficienty bobtnání u vybraných druhů dřev (Ugolev; 1975) Druh dřeva

3.2.1 Faktory ovlivňující bobtnání dřeva Rozměrové změny způsobené změnami vlhkosti v rozsahu vody vázané jsou ovlivňovány zejména vlhkostí, hustotou a anatomickou stavbou dřeva. Vlhkost dřeva ovlivňuje rozměrové změny nejvíce svým rozložením v průřezu tělesa, kdy nerovnoměrné rozložení způsobuje při vysýchání dřeva vznik vlhkostních a zbytkových napětí. Tato napětí v důsledku hygroelastického efektu mohou pozměnit výsledné rozměrové změny. Za dalším vliv je možno považovat nelineární závislost koeficientu bobtnání α a sesýchání β na vlhkosti dřeva v intervalu 0–5 % a 20– MNBS %. Průběh závislosti odpovídá zhruba tvaru sorpční izotermy a může být tedy vysvětlován stejně jako teorie sorpce (Horácek; 2001). Pokud se absolutně suché dřevo dostane do styku s vodou (kapalinou) nebo vodními parami , tak zpočátku přijímá vlhkost intenzivně, později je přijmání vlhkosti pozvolnější až do MNBS. Rychlost bobtnání je tím větší, čím více se vlhkost vzdaluje od dosáhnutí rovnovážného stavu (Požgaj et al.; 1997). Mezi α, β a hustotou dřeva je přímo úměrná závislost. Ovlivnění α a β hustotou dřeva souvisí s větším zastoupením chemických konstituent v jednotkovém objemu hustšího dřeva, tedy s vyšším počtem potenciálních sorpčních míst v tlustších buněčných stěnách elementů dřeva. Vzhledem k neměnnosti rozměru lumenu během hygroexpanze dřeva se vyšší hustota promítá do výraznějších rozměrových a objemových změn.

20

S rostoucí hustotou dřeva dochází také k výraznému modifikování tvaru anatomických elementů a zmenšování rozdílů v radiálním a tangenciálním směru, což způsobuje snížení anizotropie rozměrových změn s nárůstem hustoty dřeva zmenšení koeficientu diferenciálního bobtnání a sesýchání. Struktura dřeva na všech úrovních – submikroskpické, mikroskopické a makroskopické – je základní důvodem pro anizotropní charakter rozměrových změn. Na submikroskopické úrovni je rozhodující stavba buněčné stěny a orientace fibrilární struktury v jednotlivých vrstvách. Například s rostoucím odklonem fibril v S2 vrstvě (juvenilní a tlakové dřevo) vzrůstá podélné bobtnání a sesýchání, což se projeví v podélném borcení dřeva. U jehličnatého dřeva způsobují velké ztenčeniny buněčné stěny (25 µm) umístěné převážně na radiálních stěnách buňky odklon fibril v S2 vrstvě až 30°, což se projeví v diferenciálních změnách v radiálním a tangenciálním směru. Na mikroskopické úrovni jsou důležité tloušťky buněčná stěny v radiálním a tangenciálním směru (u tracheid je radiální buněčná stěna zpravidla tlustší) a přítomnost dřeňových paprsků. Převážná orientace fibril ve stěnách parenchymatických buněk dřeňových paprsků je v ose buňky - v radiálním směru - a toto uložení způsobuje restrikci hygroexpanze dřeva v radiálním směru (Horácek; 2001).

3.3 Mez nasycení buněčných stěn a mez hygroskopicity Hranici mezi vodou vázanou a volnou stanovujeme na základě určení meze nasycení buněčných stěn (MNBS) nebo meze hygroskopicity (MH). Definici (MNBS) lze charakterizovat jako maximální vlhkost buněčných stěn dřeva, které bylo dlouhodobě uloženo ve vodě → buněčná stěna je plně nasycena vodou vázanou a lumen neobsahuje žádnou vodu volnou (Tiemann 1906). Vlhkost při MNBS se u našich dřevin pohybuje v rozmezí 22–35 % (průměrně 30 %) a závisí zejména na druhu dřeva, tj. anatomické a chemické stavbě dřeva. Teplota nemá na tuto veličinu prakticky žádný vliv. Vzhledem k obtížnosti určení MNBS je vhodnější používat pro odlišení vody vázané a volné jinou charakteristiku, a to mez hygroskopicity (MH). MH je taková rovnovážná vlhkost, kterou dosáhne dřevo dlouhodobě vystavené prostředí (vzduchu), jehož relativní vlhkost je blízká nasycení (φ = 0,995 %).

21

Rozdíl mezi MNBS a MH tedy spočívá zejména v prostředí, kterému je dřevo vystaveno. U MNBS je to voda ve skupenství kapalném, u MH je to voda ve skupenství plynném. Při teplotě okolo 15–20 °C mají obě veličiny přibližně stejnou hodnotu, průměrně kolem 30 %, ale na rozdíl od MNBS je MH závislá na teplotě prostředí, ta s rostoucí teplotou klesá (Horácek; 2001). Hodnoty MH u některých našich druhů dřev jsou uvedeny v tab.5.

Druh dřeva

MH (%) 22 – 24 23 – 25 26 – 28

30 – 34

32 – 35 a více Tab. 5: Mez

Jádrové dřevo jehličnanů s vysokým obsahem pryskyřice: BO, MD, DG, VJ, Limba Jádrové dřevo listnáčů s kruhovitě a polokruhovitě pórovitou stavbou dřeva: AK, Kaštanovník, DB, JS, OR, TR Jádrové dřevo jehličnanů s nižším obsahem pryskyřice: BO, MD, DG Jehličnatá dřeva s bělí a vyzrálým dřevem: SM, JD Bělové dřevo jehličnatých dřevin s výrazným jádrem: VJ, BO, MD Listnatá dřeva s roztroušeně pórovitou stavbou: LP, VR, TP, OL, BR, BK, HB Bělové dřevo listnáčů s kruhovitě a polokruhovitě pórovitou stavbou: AK, Kaštanovník, DB, JS, OR, TR hygroskopicity u různých druhů dřev (Trendelenburg a Mayer – Wegelina 1955,

upraveno Matovičem 1993)

Závislost MNBS na hustotě dřeva je obvykle vyjadřováno vztahem:

 1 1  MNBS =  −  ⋅ ρ kap  ρ k ρ0  Kde:

[%]

MNBS........mez nasycení bun ěčných sten (%)

ρ k...............konvekč ní hustota dř eva (kg· m-3 ) ρ 0...............hustota absolutně suchého dřeva (kg· m-3 ) ρ kap..............hustota kapaliny (kg· m-3)

22

3.4 Nasáklivost Nasáklivost dřeva je schopnost dřeva v důsledku pórovité stavby nasávat vodu ve formě kapaliny. Dřevo je považováno za maximálně nasáklé vodou (má maximální vlhkost), je-li plně nasyceno vodou vázanou a obsahuje-li maximální množství vody volné. Množství volné vody je závislé především na objemu pórů ve dřevě, který je nepřímo úměrný hustotě dřeva (Gandelová et al.; 2008). Množství vody vázané je přibližně 30 %, množství vody volné závisí na objemu lumenů všech dřevních buněk (Křupalová 1999). Nasáklivost lze vypočítat v závislosti na hustotě dřeva ze vztahu:

 ρ − ρ0   ⋅100 Wmax = MH +  s  ρ s ⋅ ρ0  Kde:

[%]

W max........maximální vlhkost dřeva MH…......mez nasycení buněčných stěn (%) ρ 0 ..............hustota absolutně suchého dřeva (kg· m-3 ) ρ s ..............hustota dřevní substance (kg· m-3 ) ρ k..............konvenční hustota dřeva (kg· m-3 )

K maximálnímu nasycení dřeva vodou dojde za poměrně dlouhou dobu (týdny). Rychlost nasáklivosti je ovlivněna několika faktory, především druhem dřeviny (anatomie, hustota, pórovitost), počáteční vlhkostí, vlastnostmi kapaliny (velikost molekul, permitivita), teplotou , tvarem a rozměry materiálu. Nasáklivost jádra je menší než běle. Se zvyšující se hustotou dřeva se nasáklivost zmenšuje. Zvýšením teploty se nasáklivost dřeva urychluje (Horácek; 2001).

Druh dřeva Wmax (%) Druh dřeva Wmax (%) MD 123 HB 96 BO 178 DB 119 SM 203 BR 131 JD 250 OS 180 Limba 208 TP 198 Tab. 6: Maximální vlhkost některých dřevin (Ugolev; 1975)

23

3.5 Teorie sorpce Dřevo je hygroskopický materiál, který má schopnost měnit svoji vlhkost podle vlhkosti okolního prostředí. Teorie sorpce se týká spíš meze hygroskopicity (MH) než meze nasycení buněčných stěn (MNBS). Z toho vyplývá že dřevo přijímá vzdušnou vlhkost. Vystavíme-li absolutně suché dřevo působení prostředí o konstantní teplotě a vzduchu nasycenému vodními parami, začne dřevo poutat vodu procesem zvaným adsorpce, obrácený děj se nazývá desorpcí (Horácek; 2001).

Během adsorpce dochází postupně ke třem dějům označovaným jako: –

monomolekulární sorpce (absorpce)

–

polymolekulární sorpce (adsorpce)

–

kapilární kondenzace

Obr. 6: Voda vázaná ve dřevě A) – Monomolekulární vrstva vázaná volnými hydroxylovými skupinami celulózových řetězců B) – Postupná tvorba monomolekulární vrstvy narušováním vazeb vodíkovými můstky mezi sousedními řetězci celulózy C) – Polymolekulární vrstva D) – Znázornění monomolekulární (tmavé) a polymolekulární (světlé) vrstvy vody vázané

24

3.5.1 Monomolekulární sorpce Předpokládá se, že molekuly vody jsou poutány přitažlivými silami sorpčních míst neorientovaných amorfních oblastí celulózových řetězců, případně celé holocelulózy. Vazbami přes vodíkové můstky jsou molekuly ukládány do mezimicelárních a mezifibrilárních prostor, které jsou dostatečně prostorné pro umístění molekul vody (průměr molekuly vody 0,3 nm). Vzhledem k submikroskopické stavbě buněčné stěny dochází k monomolekulární sorpci nejprve v amorfní části micel, kde se nachází nejvíce volných hydroxylových skupin. Teorie monomolekulární sorpce vychází z představy velkého vnitřního povrchu dřeva, na kterém se nachází izolovaná sorpční místa tvořená volnými OH-skupinami.

Touto

teorií

je

vysvětlována

sorpce

při

RVD

0–7 %,

což odpovídá φ ≤ 20 %. Nízká rovnovážná vlhkost dřeva (RVD) ještě nezpůsobuje významnější bobtnání buněčné stěny, proto monomolekulární sorpce není doprovázena změnami a dislokacemi v krystalické oblasti celulózy(Horáček; 2001)

3.5.2 Polymolekulární sorpce Na monomolekulárním sorpci navazuje polymolekulární sorpce. Nad vrstvičkou molekul vody poutaných přes vodíkové můstky sorpčních míst amorfní části celulózy se adsorbují další molekuly, které vytvářejí polymolekulární vrstvu. Tato vrstva je tvořena až pěti řadami molekul vody, které jsou na povrchu monomolekulární vrstvy drženy převážně Van der Waalsovými mezimolekulárními silami. S rostoucí vzdáleností molekul vody od povrchu sorbentu (holocelulózy) klesá vliv vazeb vodíkovými můstky a fyzikální vlastnosti adsorbované vody se blíží vlastnostem vody kapalné. S rostoucí tloušťkou polymolekulární sorpce je spojováno značné bobtnání buněčné stěny, jehož důsledkem je také rozevření původně nedostupných krystalických oblastí celulózy a vytváření mezokapilár. Touto teorií je vysvětlována sorpce při RVD 7–15 %, což odpovídá φ od 20 do 70 % (Horáček; 2001).

25

3.5.3 Kapilární kondenzace Při φ > 70 % dochází v mikro- a mezokapilárách ke kapilární kondenzaci, která závisí na poloměru kapilár. Od určitého poloměru kapilár dochází při určité relativní vlhkosti vzduchu ke kondenzaci vodní páry v kapiláře, která následně smáčí vnitřní povrch dřeva, jako u kapalina se stejnými fyzikálními vlastnostmi. S rostoucí vlhkostí je tato voda odváděna do intermicelárních a interfibrilárních prostor buněčné stěny. Maximální vlhkost v buněčné stěně závisí na maximálním roztažení fibrilární struktury. Roztažení je omezeno jednak mechanickými vlastnostmi buněčné stěny (pružnost), a vrstevnatostí buněčné stěny s různým průběhem fibrilární struktury v sekundárních vrstvách buněčné stěny. Teorie kapilární kondenzace se uplatňuje při RVD od 15–20 % do MH (Horáček; 2001).

3.6 Bobtnání dřeva v různých kapalinách Dřevo může ve větší či menší míře bobtnat i v jiných kapalinách než je voda. Stupeň vnikání tekutin nebo roztoků do submikroskopických kapilár buněčných stěn se liší. Závislost je dána rozměrem molekul, permitivitou (dielektrická konstanta). Některé kapaliny s ohledem na velikost jejich molekul nepronikají do submikroskopické struktury dřeva, a proto nezpůsobují téměř žádné bobtnání. Bobtnání dřeva v různých kapalinách je tím větší, čím větší je jejich permitivita. Voda má vysokou primitivitu, což způsobuje větší bobtnání dřeva než v kapalinách s nižší permitivitou (relativní permitivita je materiálová konstanta, jedná se o bezrozměrnou veličinu),jako jsou například etanol, aceton, benzín a jiné (Požgaj et al.; 1997).

Kapalina Permitivita εr Voda 80,3 Aceton 21,5 Benzaldehyd 17,6 Toluen 2,4 Cyklohexan 2,023 Tab. 7: Dielektrická konstanta vybraných kapalin (http://www.krohne.com)

26

Bobtnání dřeva taktéž závisí i na velikosti molekul kapaliny, čím větší molekuly kapaliny jsou, tím je bobtnání dřeva menší (Lexa et al.; 1952). Kromě velikosti molekul a permitivity má na bobtnání vliv i polarita kapalin. Polární

alkoholová

skupina

n-amylalkoholu

způsobuje

menší

bobtnání

než alkoholová skupina s krátkými, malými, vláknitými molekulami (např. metyl). Vyšší alkoholy způsobují jen nepatrné bobtnání. Kromě těchto faktorů ovlivňuje bobtnání například bazicita, molární hmotnost, povrchové napětí a další. S bobtnáním dřeva v různých kapalinách se můžeme setkat v širokém spektru komerčních a experimentálních procesů jako jsou například: rozvlákňování, ochrana dřeva, povrchová úprava, extrakce složek dřeva, rozměrová stabilizace a chemická modifikace. Budoucí použití dřeva pro upravené produkty bude v jeho vývoji nutně zahrnovat nějaký typ chemické modifikace dřeva a podrobnější informace o účincích organických kapalin na dřevo (Mantanis et al.; 1994). Při srovnání maximálního tangenciálního bobtnání různých dřevin se podle Mantanise zdá, že většina organických tekutin nabobtnává různé dřeviny v téměř shodném rozsahu, nicméně jisté odchylky se mezi dřevinami vyskytují např. u butylaldehydu. Nebyl zjištěn žádný vztah mezi některými z typických vlastností rozpouštědel, jako jsou rozpustnost, permitivita, povrchové napětí a maximálním bobtnáním dřeva. Nicméně byla zjištěna závislost mezi maximálním tangenciálním bobtnáním a bazicitou rozpouštědla (Mantanis et al.; 1994),(Liška,/2008 ).

Obr. 7: Maximální tangenciální bobtnání smrku (sitka) v 18-ti kapalinách ve vztahu k jejich bazicitě (Mantanis et al.; 1994).

27

3.6.1 Výzkum v oblasti bobtnání dřeva v organických kapalinách Mantanis (1994) zkoumal několik severoamerických dřevin ve čtyřiceti organických kapalinách. Z jeho výzkumu vyplývá, že existuje mnoho závislostí mezi maximálním bobtnáním dřeva v organických rozpouštědlech a vlastnostmi rozpouštědel různých chemických tříd. Byla zjištěna nepřímá závislost bobtnáním dřeva v organických kapalinách na molární hmotnosti rozpouštědla stejně jako na molárním objemu rozpouštědla, to znamená, že čím je vetší rozměr molekuly rozpouštědla, tím pomalejší je bobtnání. Maximální tangenciální bobtnání je pro všechny dřeviny lineárně závislé na bazicitě rozpouštědla. U dalších vlastností rozpouštědel jako dielektrická konstanta, povrchové napětí a moment dipólu byly zjištěny velmi slabé závislosti na maximálním tangenciálním bobtnání dřeva v organických tekutinách (Mantanis et al.; 1994). Výsledky výzkumu Stamma a kolektivu

ukázaly, že při bobtnání dřeva

je důležité brát v úvahu velikost molekul. Se zvětšující se velikostí molekul se snižuje rychlost bobtnání, ale zmenšuje se i celkové bobtnání, právě kvůli obtížnosti větších molekul hladce se rozptýlit do struktury kapilár dřeva a celulózy (Stamm 1935, 1964; Stamm a Tarkow 1950) Nayer

(1948)

provedl

nejdokonalejší

výzkum

na

bobtnání

dřeva

v organických kapalinách. Vyhodnotil různé možné předvídatelné faktory pro bobtnání dřeva. Pokusil se o vyjádření závislosti mezi objemovým bobtnáním tenkých plátku dřeva ve velkém množství suchých organických kapalin,

na

permitivitě, momentu dipólu a povrchovém napětí kapalin. Jisté malé závislosti byly získány s výjimkou benzenových derivátu. V jiné publikaci, Nayer a Hossfeld (1949) uvádějí závěr, že existuje závislost mezi mírou bobtnání a rozsahem vodíkových vazeb mezi kapalinou a složkami dřeva. Kumar (1957, 1958) našel výraznou závislost mezi mírou objemového bobtnáním dřeva a množstvím přijaté kapaliny při maximálním nasycení. Taktéž poznamenal, že s rostoucí velikostí molekul kapalin v homologické sérii kyselin se snížilo nabobtnání a bobtnání bylo také nepřímo úměrné k molekulové hmotnosti kapalin.

28

3.6.2 Vliv teploty na maximální bobtnání dřeva Horiike a Kato (1959) se domnívají, že existuje závislost mezi mírou bobtnání a teplotou máčení dřeva. Tato reakce dřeva při bobtnání byla vysvětlena hypotézou, že míra bobtnání má přímý vztah k síle vodíkových vazeb mezi složkami dřeva a kapaliny. Kajita a kolektiv (1979) potvrdil, že existuje vztah mezi celkovým teplem máčení (W) a fyzikálně chemickými parametry z 29 různých organických rozpouštědel. Obzvlášť jasný vztah byl zjištěn mezi hodnotou W a schopnostmi vodíkových vazeb rozpouštědel. Horiike a Kato (1959) demonstrovali určitý vztah mezi bobtnáním dřeva a W hodnotami. Rowell (1984), při výzkumu reakce epoxidu se dřevem, pozoroval dramatický efekt působeni teploty na bobtnání dřeva pro sérii organických rozpouštědel. U některých rozpouštědel, která nezpůsobovala bobtnání dřeva při pokojové teplotě, bylo zjištěno výrazné bobtnání dřeva při zvýšených teplotách. West a Banks (1988, 1989) ve své práci měřili poměry bobtnání dřeva v závislosti na teplotě v omezeném množství organických kapalin. Předpokládali, že bobtnání je bimolekulární reakce a vyžaduje pouze srážky molekul rozpouštědla se dřevem. Při svém měření shledali, že míra bobtnání v organických tekutinách prokázala silnou závislost na teplotě, která je přesně podřízena klasické Arheniove rovnici (1889) (West 1988; West a Banks 1989).

Arheniova rovnice

k = Ae − Ea / RT Kde:

k……….rychlostní konstanta A……….frekvenční faktor (frekvence kolizí a orientace molekul) R……….univerzální plynová konstanta (8,314 J· mol-1 K -1) T……..…plynová konstanta E a.............aktivační energie (J· mol -1)

(http://cheminfo.chemi.muni.cz/materials/ObecnaChem_C1020/L12_kinet.pdf)

29

3.7 Charakteristika kapalin

3.7.1 Voda Voda je chemická sloučenina vodíku a kyslíku. Spolu se vzduchem resp. zemskou atmosférou tvoří základní podmínky pro existenci života na Zemi. Za normální teploty a tlaku je to bezbarvá, čirá kapalina bez zápachu, v silnější vrstvě namodralá. V přírodě se vyskytuje ve třech skupenstvích: v pevném – led, v kapalném – voda a v plynném – vodní pára. Rozšířením vody na Zemi a jejím pohybem se zabývá věda zvaná hydrologie. Voda vzniká prudkým až explozivním slučováním vodíku s kyslíkem (hořením bezbarvým plamenem) podle rovnice: 2H2 + O2 → 2H2O, za vývinu velkého množství tepla (exotermní reakce). ). Kromě toho vzniká jako vedlejší produkt vedle solí při neutralizaci kyselin zásadami, např. HCl + NaOH → H2O + NaCl.

Obr. 8: Model molekuly vody (http://cs.wikipedia.org/wiki/Voda)

Molární hmotnost: Teplota tání: Teplota varu: Hustota

18,175 905 g/mol 0°C 100°C -3 0,999 97 g· cm (4 °C)

Voda v přírodě: •

Výskyt vody na naší planetě je mnohem vyšší než na ostatních planetách sluneční soustavy.

•

Je základní podmínkou života.

30

•

Je nejdůležitější surovinou všech průmyslových odvětví, používá se ke chlazení, ohřevu, oplachu, k výrobě elektrické energie ve formě páry a v potravinářství k výrobě nápojů atd.

•

Je základní podmínkou rostlinné a živočišné výroby Je zdrojem obživy v přímořských státech

Pitná voda se získává úpravou surové vody. Surová voda se získává z podzemních nebo povrchových zdrojů. Z některých zdrojů – zejména podpovrchových – je možné získat pitnou vodu bez úpravy. Destilovaná voda je čirá, bezbarvá, v silné vrstvě namodralá kapalina bez chuti a zápachu. Za normálního tlaku 101 kPa má teplotu tání 0 °C a teplotu varu 100 °C. Největší hustotu 1g/cm3 má voda při 4 °C. Nejlehčí metodou získání skoro čisté vody ze směsi je destilace. Jedna z nejběžnějších současných metod je reverzní osmóza, která poskytuje vodu víc čistou než destilace. Destilovaná voda se používá především v laboratořích, ale i například do chladičů a akumulátorů v automobilech nebo do napařovacích žehliček. Má pH neutrální–7. Dá se vytvořit destilací běžné vody za normálního tlaku. Ačkoliv se jedná o chemicky čistou látku, destilovaná voda není vhodná dlouhodobě k pití. Destilovaná voda je lidskému zdraví nebezpečná tím, že neobsahuje (na rozdíl od běžné pitné vody) žádné minerály. To může významně narušit metabolismus, rozvrácením rovnováhy iontů v organismu. (http://cs.wikipedia.org/wiki/Voda)

3.7.2 Aceton Aceton je triviální pojmenování pro propan-2-on nebo též dimethylketon. Charakteristickou skupinou je karbonyl. Aceton je bezbarvá kapalina specifického zápachu, hořlavá, s vodou a většinou organických rozpouštědel neomezeně mísitelná. Směs par s kyslíkem je výbušná. Aceton je významným rozpouštědlem organických látek a surovinou chemického průmyslu. Dobře rozpouští například nitrocelulózové laky, tuky, pryskyřice.

31

Je surovinou při výrobě například tzv. organického skla (polymethylmetakrylátu)pleksisklo, polyuretanu, epoxy

pryskyřice, barviv a léčiv. Aceton je taky široce

používán pro bezpečné skladování a přepravu acetylénu. Dříve se vyráběl suchou destilací dřeva, fermentačně při tzv. aceton-butanolovém kvašení. Dnes se vyrábí se oxidací propan-2-olu. V malém množství se fyziologicky nachází v krvi a moči; stoupá například při onemocnění diabetes mellitus. (http://www.cojeco.cz/index.php?s_term=&s_lang=2&detail=1&id_desc=405) (http://cs.wikipedia.org/wiki/Aceton)

Obr. 9: Prostorový a strukturní model molekuly (http://images.google.cz/imgres?imgurl=http://aceton.navajo.cz/aceton)

Systematický název: dimethylketon, propan-2-on Sumární vzorec: C3H6O1 -3 58,8 g· mol Molární hmotnost: 56 ºC Teplota varu: -94 ºC Teplota tání: Skupenství: kapalina -3 0,7899 g·cm Hustota: (http://cs.wikipedia.org/wiki/Aceton)

3.7.3 Toluen Toluen chemicky zvaný methylbenzen je čirá, ve vodě nerozpustná těkavá kapalina. Může se rozpouštět v tucích a dobře se rozpouští v organických rozpouštědlech. Přirozeně se vyskytuje v ropě Její páry tvoří se vzduchem třaskavou směs. Je zdraví škodlivý. Patří mezi aromatické uhlovodíky.

32

Sumární vzorec: Molární hmotnost: Teplota varu: Teplota tání: Skupenství: Hustota

C7H8 -3 92,14 g· mol 106 ºC -93 ºC kapalina -3 0,8669 g· cm

Obr. 10: Prostorový a strukturní model molekuly(www.irz.cz/repository/latky/toluen.pdf)

Toluen se používá jako rozpouštědlo v průmyslu (náhrada za toxičtější benzen).Slouží jako rozpouštědlo v barvách, nátěrech, syntetických vůních, lepidlech, Své místo má i při výrobě sloučenin, typickým příkladem sloučeniny, která se připravuje z toluenu, je trhavina TNT, chemicky trinitrotoluen. Toluen se také používá jako výchozí surovina při výrobě polymeru, ze kterých se potom vyrábí nylon, plastové lahve a polyuretany. Toluen se vyskytuje v malém množství v petroleji, z kterého se průmyslově vyrábí. Laboratorně se může připravit reakcí benzenu s chlormethanem, jako katalyzátor se při této reakci používá chlorid hlinitý (AlCl3 ): CH3Cl + C6 H6 → C6 H5CH3 + HCl Většina emisí toluenu je uvolňována do ovzduší, pak také do vody a půdy. Neakumuluje

se

v

potravních

řetězcích.

Jako

tekavá

organická

látka

se spoluúčastní vzniku fotochemického smogu. Inhalace je primárním vstupem toluenu do těla, vstřebává se 50 % vdechnutého toluenu. Může být absorbován také trávicím traktem nebo kontaktem s kůží. Toluen ovlivňuje hlavně centrální nervovou soustavu. Dráždí dýchací orgány, způsobuje srdeční arytmii a poškozuje játra a ledviny. Dráždí také kůži a oči. Toluen může přecházet placentou do plodu a muže se také nacházet v materském mléce. Pokud se najednou uvolní velké množství toluenu v uzavřeném prostoru, může reagovat s kyslíkem za vzniku toxického benzaldehydu. Je velmi hořlavý a může vytvářet při pokojové teplotě výbušné směsi s kyslíkem. V České republice platí pro toluen následující limity v ovzduší pracovišť: PEL– 200 mg· m -3, NPK– P–500 mg· m -3 (www.irz.cz/repository/latky/toluen.pdf (http://cs.wikipedia.org/wiki/Toluen)

33

3.7.4

Cyklohexan Cyklohexan

C6H12,

nejdůležitější

cykloalkan

(nasycené

uhlovodíky

obecného vzorce CnH2n). Hořlavá bezbarvá kapalina, získávaná z ropy. teplota tání 6,5 °C, teplota varu 81 °C, nerozpustná ve vodě, mísitelná s běžnými organickými rozpouštědly. Uhlíkové atomy v molekule cyklohexanu neleží v rovině, ale vytvářejí různá prostorová uspořádání (konformace), z nichž nejvýhodnější je tzv. židličková,. Cyklohexan se vyrábí hydrogenací benzenu. Používá se jako rozpouštědlo a základní surovina například pro výrobu polyamidů. Používají se například k výrobě laků, vláken a konstrukčních materiálů. (silon, perlon, kapron). (http://encyklopedie.seznam.cz/heslo/32745-cyklohexan)

Obr. 11: strukturní model molekuly (http://xantina.hyperlink.cz/organika/uhlovodiky/cykloalkany.html)

3.7.5

Benzaldehyd Benzaldehyd (C6 H5CHO), též benzenkarbaldehyd, fenylmethanal), patří

mezi aldehydy. Je chemická sloučenina skládající se z aromatického benzenového jádra a aldehydické skupiny. Jedná se o nejjednodušší aromatický aldehyd s velkým uplatněním v průmyslu. Za pokojové teploty to je bezbarvá, ve vodě málo rozpustná kapalina zapáchající po hořkých mandlích. Funkční vzorec: Sumární vzorec: Molární hmotnost: Teplota varu: Teplota tání: Skupenství: Hustota:

C6H5CHO C7H6O -3 106,13 g· mol 178 ºC -26 ºC kapalina -3 1,0415 g· cm

Obr. 12: Prostorový a strukturní model molekuly (http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Benzaldehyd),(http://cs.wikipedia.org/wiki/ Benzaldehyd)

34

Nejčastěji se připravuje chlorací či oxidací toluenu. Méně významná je pak příprava částečnou oxidací fenolu, alkalickým působením na benzoylchlorid nebo reakcí benzenu s oxidem. Je velmi nebezpečný a to díky benzenovému jádru, které působí negativně na genetický kód. Benzaldehyd se používá jako ochucovadlo s příchutí mandlí, průmyslové rozpouštědlo a velké upotřebení má v organických syntézách, benzaldehyd je např. výchozí složkou pro syntézu kyseliny mandlové. Je složkou všech destilátů získaných kvašením ovoce(http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/ Benzaldehyd)

4 Materiál a metodika Měření vzorků a postupy použité při jednotlivých zkouškách vycházely z následujících norem: ČSN 49 0103 – Dřevo zjišťování vlhkost při fyzikálních a mechanických zkouškách ČSN 49 0104 – Metoda zjišťování nasáklivosti a navlhavosti ČSN 49 0108 – Dřevo zjišťování hustoty při fyzikálních a mechanických zkouškách ČSN 49 0126 – Skůšky vlastností rostlého dreva. Metoda zišťovania napučavosti ČSN 49 0144 – Metoda zjišťování nasáklivosti

4.1 Stanovení maximálního bobtnání a nasáklivosti

4.1.1 Materiál Pro jednotlivé měření byly použity již vyrobené vzorky jasanové dřeva (Fraxinus excelsior L.). Zkušební vzorky byly bez známek mechanického poškození a napadení biotickými škůdci.

35

Zkušební tělíska neobsahovala žádnou dřeň, trhliny, suky, nebo jiné viditelné vady. Všechny zkušební vzorky byly o rozměrech 20 × 20 × 30 mm ± 0,5 mm (ve směrech L × R × T). Vzorky obsahovaly i běl. Jednotlivé plochy všech tělísek byly řádně opracovány a byly vzájemně kolmé. Pro zkoušky bylo vybráno celkem 300 vzorků pro všechny kapaliny (pro každou kapalinu soubor 60 ks). Vzorky pocházely z polesí Valtice a Tvrdonice, byly uloženy na ústavu nauky o dřevě LDF MZLU v Brně.

4.1.2 Zařízení a pomůcky Konvekční sušárna – sušení při teplotě 103 ± 2 °C Digitální váha Scaltec SBC 41 s přesností 0,01 g Digitální posuvné měřidlo s přesností 0,01 mm Exsikátory – 4 ks Vanička – 1 ks Pinzeta Petriho misky Kádinky Filtrační papír Notebook Ochranné prostředky (ochranné brýle, plastový štít, plášť, gumové rukavice)

4.1.3 Metodika Zkušební tělíska byla nejprve sušena v sušárně při teplotě 103 °C do absolutně suchého stavu (přibližně 2 dny). Po vysušení byla tělíska vytahována ze sušárny a

v laboratorních podmínkách

(T = 22°C, w = 35 %, p = 1015HPa) bylo provedeno měření hmotnosti absolutně suchých těles na digitální váze s přesností na 0,01 g a měření rozměrů digitálním

36

posuvným měřítkem s přesností na 0,01 mm v základních anatomických směrech (ve směrech L, R, T). Neprodleně po měření byly vzorky uloženy do exsikátoru a zality vybranými kapalinami vždy po 60-ti vzorcích pro každou kapalinu (voda, aceton, toluen, benzaldehyd a cyklohexan). V každé kapalině bylo vybráno 5 vzorků pro kontrolní vážení a měření rozměrů ve 3–4 denních intervalech až do dosažení MNBS. Při každém měření se musela tělíska důkladně otírat filtračním papírem, aby nebyla hmotnost ovlivněna kapalinou, která ulpívala na povrchu tělísek (především benzaldehyd a voda). Při měření vzorků, zejména v acetonu a toluenu bylo nutné postupovat velmi rychle, jelikož se jedná a těkavé kapaliny → docházelo tak k rychlému odpařování kapaliny jak ze vzorků, tak z kapaliny v exsikátorech. U cyklohexanu byl tento jev poměrně slabší a neprojevoval se výrazněji na vážených vzorcích, naopak u benzaldehydu a vody k tomuto jevu nedocházelo. U všech kapalin kromě vody bylo nutné postupovat při měřeních a manipulaci velmi obezřetně a zároveň dodržovat bezpečnostní předpisy, zejména používat pracovní ochranné pomůcky a místnost musela být větrána. Jelikož se jedná o zdraví škodlivé látky, které způsobují poleptání pokožky, poškození dýchací a centrální nervové soustavy, navíc v případě benzaldehydu i neplodnost.

Obr. 13: Uložení vzorků v exsikátorech

37

U každého tělíska byl z naměřených hodnot vypočítán nejprve objem a následně i hustota (z absolutně suchých vzorků i ze vzorků máčených v kapalinách) podle následujících vzorců:

[m ]

V = a ⋅b ⋅c Kde:

3

V........objem zkušebního tělíska (m3 ) a.........tloušťka zkušebního tělíska (m) b.........šířka zkušebního tělíska (m) c.........délka zkušebního tělíska (m)

ρ= Kde:

m V

[kg ⋅ m ] −3

ρ........hustota zkušebního tělíska (kg· m-3) m.......hmotnost zkušebního tělíska (kg) V……objem zkušebního tělíska (m3 )

Pro

vypočet

nasáklivosti

a

maximálního

bobtnání

v jednotlivých

anatomických směrech (L, R, T) bylo použito následujících vztahů:

mw − m0 Wmax =

Kde:

ρ kap m0

⋅ 100

[%]

Wmax......maximální vlhkost dřeva (%) mw ..........hmotnost absolutně vlhkého dřeva (g) m0 ...........hmotnost absolutně suchého dřeva (g) ρ kap ..........hustota kapaliny (g ·cm-3 )

α i max =

Kde:

imax − i0 ⋅ 100 i0

[%]

α i max.........maximální bobtnání (V; L, R, T) (%) i max ............hodnoty maximálně nabobtnalého tělíska (V; L, R, T) (m3 ; m) i 0 ...............hodnoty absolutně suchého tělíska (V; L, R, T) (m3 ; m)

38

Ze zjišt ěného maximálního bobtnání (αi

max )

v tangenciálním a radiálním

sm ěru bylo vypo čteno diferenciální bobtnání dle vztahu:

α dif =

Kde:

αT αR

α dif.........diferenciální bobtnání (bezrozměrná veličina) α T ...........maximální bobtnání ve směru tangenciálním (%) α R ...........maximální bobtnání ve směru radiálním (%)

Výpo čet MNBS a koeficientu bobtnání Pro výpo čet MNBS a koeficientu bobtnání bylo nejprve nutno vypo číst konven ční hustotu dřeva ρk (basic density) dle vztahu:

ρk =

Kde:

[kg ⋅ m ]

m0 Vmax

−3

ρ k...........konvenční hustota dřeva (kg· m-3 ) m0 ...........hmotnost absolutně suchého dřeva (kg) V max ........maximální objem dřeva (m3 )

Konven ční hustota d řeva se vypo čte u vzorků , které dosáhly hranice MNBS (za hranicí MNBS se již rozměry d řeva nem ění a objem vzorku je tak považován za konstantní).

mez nasycení buněčných sten (MNBS)

 1 1  MNBS =  −  ⋅ ρ kap  ρ k ρ0  Kde:

[%]

MNBS........mez nasycení buněčných sten (%) ρ k...............konvekční hustota dřeva (kg· m-3) ρ 0 ...............hustota absolutně suchého dřeva (kg· m-3 ) ρ kap ..............hustota kapaliny (kg· m-3)

39

koeficient bobtnání dřeva Kαi =

Kde:

α i max MNBS

K αi.............koeficient bobtnání (V; L, R, T) (bezrozměrná veličina) α i max.......maximální bobtnání (V; L, R, T )(%) MNBS....... mez nasycení buněčných sten (%)

Všechny

vypo čtené

hodnoty

byly

dále

statisticky

zpracovány

a vyhodnoceny ve statistickém programu Statistica 8 a výsledky následn ě vyneseny do grafu a tabulek.

5 Výsledky 5.1 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva ve sledovaných kapalinách

5.1.1 Hustota absolutně suchého dřeva Statistické vyhodnocení hustoty všech jasanových vzork ů v absolutn ě suchém stavu, které byly dále použity pro stanovení maximálního bobtnání a nasáklivosti ve vod ě, acetonu, toluenu,benzaldehydu a cyklohexanu je uvedeno v tab. 8.

Vzorků 300

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

687,6918 685,0488 522,0650 787,1659 54,09278 7,865847 Tab. 8: Popisná statistika hustoty absolutně suchého dřeva (kg· m-3)

40

Krabicový graf hustoty absolutně suchých vzorků 800 780 760 740

hustota ρ 0 (kg· m -3)

720 700 680 660 640 620 600 580 560 25%-75% = (649,0838, 729,6502) Rozsah neodleh. = (534,0049, 787,1659) Odlehlé

540 520 500

300 vzorků

Obr. 14: Krabicový graf hustoty dřeva ρ 0

5.1.2 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva ve vodě V tabulce č. 9 jsou uvedeny nam ěřené a vypo čítané hodnoty vzorků v absolutn ě suchém stavu, které byly po nam ěření hodnot uloženy do vody. V tabulce č. 10 jsou uvedeny hodnoty rozm ěrů p ři maximálním nabobtnání vzork ů. Daného maxima bylo dosaženo po 7-mi dnech uložení ve vod ě. Dále tabulka obsahuje hodnoty maximální hmotnosti vzork ů dosažené po 59 dnech uložení ve vod ě. V tabulce č. 11 jsou uvedeny hodnoty maximální vlhkosti, celkového bobtnání a bobtnání v jednotlivých anatomických sm ěrech. V tabulce č. 12 jsou uvedeny jejich koeficienty, v četn ě koeficientů objemového a diferenciálního bobtnání. K měření bylo použito 60 jasanových vzork ů.

41

L (mm) R (mm) T (mm) m0 (g) 3 V0 (mm )

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

30,21 18,83 18,06 7,06 10275,75

30,22 18,84 18,05 7,04 10295,46

29,77 18,06 17,19 6,07 9783,84

30,88 19,51 18,58 7,98 10673,31

0,18 0,26 0,27 0,41 237,90

0,60 1,40 1,47 5,78 2,32

-3

ρ0 (kg· m ) 688,03 678,66 578,67 776,53 46,26 6,72 Tab. 9: Statistické vyhodnocení jasanových vzorků v absolutně suchém stavu určených pro máčení ve vodě

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. Koef.

L (mm) 30,29 30,28 29,86 30,56 0,13 R (mm) 20,03 20,05 19,33 20,86 0,20 T (mm) 20,13 20,17 19,32 20,49 0,23 mmax (g) 13,98 13,97 12,25 14,93 0,47 3 Vmax (mm ) 12214,38 12251,18 11761,90 12757,02 183,51 -3 ρmax (kg· m ) 1144,85 1147,40 1034,96 1201,22 31,30 Tab. 10: Statistické vyhodnocení maximálně nabobtnalých jasanových vzorků a jejich

0,43 0,99 1,13 3,39 1,50 2,73 hustoty po

máčení ve vodě

Průměr

Medián

Minimum

-3

Maximum

ρk (kg· m ) 578,31 572,92 501,02 MNBS (%) 27,39 27,82 18,48 Wmax (%) 98,55 99,80 80,07 αl (%) 0,25 0,23 -1,78 αr (%) 6,37 6,37 4,15 αt (%) 11,51 11,23 6,79 αv (%) 18,92 18,94 11,92 Tab. 11: Statistické vyhodnocení maximální vlhkosti

Sm.odch.

641,96 33,41 121,42 1,55 8,47 15,30 25,20 a celkového

Var. koef.

31,67 5,48 3,15 11,51 8,37 8,49 0,42 171,99 1,10 17,21 1,69 14,67 2,77 14,63 bobtnání v jednotlivých

anatomických směrech

Průměr Medián Minimum Maximum Sm.odch. Var. koef. Kαl (%) 0,01 0,01 -0,07 0,05 0,02 172,23 Kαr (%) 0,23 0,23 0,18 0,31 0,03 11,25 Kαt (%) 0,42 0,41 0,35 0,53 0,03 7,65 Kαv (%) 0,69 0,68 0,58 0,78 0,05 6,72 αdif (%) 1,82 1,83 1,32 2,23 0,20 10,90 Tab. 12: Hodnoty koeficientů bobtnání v jednotlivých anatomických směrech, objemové bobtnání a diferenciální bobtnání ve vodě

42

V následujícím grafu (obr. 14) je vynesen prů b ěh zm ěny vlhkosti d řeva jasanu p ři máčení ve vodě, zjišt ěné kontrolním m ěřením 5-ti vzork ů. Z grafu je zřejmé, že v prvních čtyřech dnech byl nárů st vlhkosti velmi rychlý a byla p řijata v ětšina vody (více jak

1

/2 ) z celkem p řijatého množství vody.

V následujících dnech bylo p říjímání vody pozvoln ější.

120 100

W (%)

80 60 40 20 0 0

3

6

9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 čas (den)

Obr. 14: Průběh nárůstu vlhkosti dřeva jasanu ve vodě

5.1.3 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v acetonu V tabulce č. 13 jsou uvedeny nam ěřené a vypo čítané hodnoty vzorků v absolutn ě suchém stavu,

které byly po

zm ěření

uloženy do acetonu.

V tabulce č. 14 jsou zobrazeny hodnoty rozm ěrů p ři maximálním nabobtnání vzork ů. Tohoto maxima bylo dosaženo po 9-ti dnech uložení v acetonu. Dále tabulka obsahuje hodnoty maximální hmotnosti vzork ů dosažené po 59 dnech uložení v acetonu. V tabulce č. 15 jsou uvedeny hodnoty maximální vlhkosti, celkového bobtnání a bobtnání v jednotlivých anatomických sm ěrech. V tabulce

č. 16

jsou

uvedeny

jejich

koeficienty,

v četn ě

koeficient ů

objemového

a diferenciálního bobtnání. K m ěření bylo použito 60 jasanových vzork ů .

43

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

L (mm) 30,20 30,19 29,89 30,65 0,12 0,41 R (mm) 18,89 18,88 18,34 20,12 0,31 1,65 T (mm) 18,07 18,09 17,27 18,58 0,27 1,50 m0 (g) 6,99 7,08 5,59 8,17 0,52 7,50 3 V0 (mm ) 10313,27 10289,59 9688,46 10750,43 262,46 2,54 -3 ρ0 (kg· m ) 678,91 680,94 522,06 777,28 60,18 8,86 Tab. 13: Statistické vyhodnocení jasanových vzorků v absolutně suchém stavu určených pro máčení v acetonu

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.


0,53 1,23 1,03 2,78 1,79 2,60 hustoty po

máčení v acetonu

Průměr

Medián

Minimum

-3

Maximum

ρk (kg· m ) 603,79 609,17 479,96 MNBS (%) 18,18 18,18 11,35 Wmax (%) 94,38 93,25 64,80 αl (%) 0,46 0,36 -0,23 αr (%) 4,32 4,33 -0,40 αt (%) 7,22 7,24 4,95 αv (%) 12,37 12,54 8,75 Tab. 15: Statistické vyhodnocení maximální vlhkosti

Sm.odch.

707,72 21,68 136,60 1,86 6,09 9,48 16,17 a celkového

Var. koef.

48,45 1,67 14,82 0,38 0,95 0,85 1,62 bobtnání v

8,02 9,21 15,70 83,18 21,99 11,78 13,07 jednotlivých


Průměr Kαl (%) Kαr (%) Kαt (%) Kαv (%) αdif (%) Tab. 16: Hodnoty

Medián

0,02 0,24 0,40 0,68 1,27 koeficientů

Minimum

Maximum

Sm.odch.

0,02 -0,01 0,09 0,23 -0,04 0,31 0,40 0,30 0,77 0,68 0,52 0,78 1,64 -22,10 2,50 bobtnání v jednotlivých anatomických

a diferenciální bobtnání v acetonu

44

Var. koef.

0,02 78,51 0,05 20,92 0,06 14,98 0,06 8,86 3,08 242,74 směrech, objemové bobtnání

V následujícím grafu (obr. 15) je vynesen průběh zm ěny vlhkosti d řeva jasanu p ři máčení v acetonu, zjišt ěné kontrolním m ěřením 5-ti vzorků . Z grafu je zřejmé, že v prvních čtyřech dnech byl nárůst vlhkosti velmi rychlý, rychlejší jak u vody, (bylo p řijato více jak 1/2 ) z celkem p řijatého množství acetonu. Z grafu je patrné, že k řivka po čátečního nárustu vlhkosti je strm ější. Celkový průb ěh růstu vlhkosti byl pozvolný.

120 100

W (%)

80 60 40 20 0 0

3

6

9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

čas (den)

Obr. 15: Průběh nárůstu vlhkosti dřeva jasanu v acetonu

5.1.4 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v toluenu V tabulce č. 17 jsou uvedeny nam ěřené a vypo čítané hodnoty vzorků v absolutn ě

suchém

stavu,

které

byly po

zm ěření

uloženy do toluenu.

V tabulce č. 18 jsou zobrazeny hodnoty rozm ěrů p ři maximálním nabobtnání vzork ů. Tohoto maxima bylo dosaženo po 24 dnech uložení v toluenu. Dále tabulka obsahuje hodnoty maximální hmotnosti vzork ů dosažené po 59 dnech uložení v toluenu. V tabulce č. 19 jsou uvedeny hodnoty maximální vlhkosti, celkového bobtnání a bobtnání v jednotlivých anatomických sm ěrech. V tabulce

č. 20

jsou

uvedeny

jejich

koeficienty,

v četn ě

koeficient ů

objemového

a diferenciálního bobtnání. K m ěření bylo použito 60 jasanových vzork ů

45

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

L (mm) 30,17 30,19 29,01 30,98 0,26 R (mm) 18,74 18,79 17,25 20,13 0,35 T (mm) 18,01 18,01 17,50 18,40 0,21 m0 (g) 7,12 7,14 5,66 8,20 0,48 3 V0 (mm ) 10183,83 10189,73 9381,79 10763,18 250,66 -3 ρ0 (kg· m ) 699,73 697,07 534,00 787,17 53,73 Tab. 17: Statistické vyhodnocení jasanových vzorků v absolutně suchém stavu

0,86 1,88 1,18 6,77 2,46 7,68 určených

pro máčení v toluenu

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.


0,75 1,89 1,26 4,77 2,55 4,45 hustoty po

máčení v toluenu

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

-3

Sm.odch.

ρk (kg· m ) 696,88 697,56 531,73 789,85 MNBS (%) 0,60 0,64 -3,72 3,66 Wmax (%) 39,59 40,66 16,98 76,88 αl (%) 0,16 0,07 -2,33 1,45 αr (%) 0,10 0,05 -2,39 1,07 αt (%) 0,16 0,06 -0,66 2,31 αv (%) 0,42 0,43 -2,86 2,53 Tab. 19: Statistické vyhodnocení maximální vlhkosti a celkového

Var. koef.

53,82 7,72 1,41 237,34 13,53 34,16 0,63 401,59 0,56 563,65 0,55 345,52 1,00 240,84 bobtnání v jednotlivých


Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

Kαl (%) 2,19 0,13 -1,99 53,92 9,75 444,42 Kαr (%) -0,17 0,20 -8,68 1,87 1,86 -1071,63 Kαt (%) -1,31 0,06 -44,33 3,37 8,10 -619,52 Kαv (%) 0,70 0,70 0,54 0,79 0,05 7,68 αdif (%) -0,14 0,00 -14,33 5,59 3,19 -2223,98 Tab. 20: Hodnoty koeficientů bobtnání v jednotlivých anatomických směrech, objemové bobtnání a diferenciální bobtnání v toluenu

46

V dalším grafu (obr. 16) je vynesen průb ěh změny vlhkosti d řeva jasanu p ři máčení v toluenu, zjištěné kontrolním m ěřením 5-ti vzork ů. Z grafu je z řejmé, že v prvních t řech dnech byl nárůst vlhkosti velmi rychlý (do w 22 %), (byla p řijata p řibližn ě 1/3 ) z celkem p řijatého množství toluenu. Poté následovalo pozvoln ější p řijímání toluenu (až do w p řibližn ě 50 %).

60 50

W (%)

40 30 20 10 0 0

3

6

9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 čas (den)

Obr. 16: Průběh nárůstu vlhkosti dřeva jasanu v toluenu

5.1.5 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v benzaldehydu V tabulce č. 21 jsou uvedeny nam ěřené a vypo čítané hodnoty vzorků v absolutn ě suchém stavu, které byly po zm ěření uloženy do benzaldehydu. V tabulce č. 22 jsou zobrazeny hodnoty rozm ěrů p ři maximálním nabobtnání vzork ů. Tohoto maxima bylo dosaženo po 17-ti dnech uložení v benzaldehydu. Dále tabulka obsahuje hodnoty maximální hmotnosti vzorků dosažené po 59 dnech uložení v benzaldehydu. V tabulce č. 23 jsou uvedeny hodnoty maximální vlhkosti, celkového bobtnání a bobtnání v jednotlivých anatomických sm ěrech. V tabulce č. 24 jsou uvedeny jejich koeficienty, v četn ě koeficient ů objemového a diferenciálního bobtnání. K m ěření bylo použito 60 jasanových vzork ů

47

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

L (mm) 30,20 30,20 29,75 30,57 0,12 0,41 R (mm) 18,85 18,84 18,08 19,99 0,25 1,34 T (mm) 17,99 18,02 17,06 18,43 0,24 1,34 m0 (g) 6,95 6,96 5,76 8,06 0,44 6,36 3 V0 (mm ) 10242,80 10270,81 9578,17 10674,84 223,77 2,18 -3 ρ0 (kg· m ) 678,98 675,44 543,48 779,81 51,45 7,58 Tab. 21: Statistické vyhodnocení jasanových vzorků v absolutně suchém stavu určených pro máčení v benzaldehydu

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.


0,38 1,35 1,49 6,90 2,33 6,53 hustoty po

máčení v benzaldehydu

Průměr Medián Minimum Maximum Sm.odch. Var. koef. ρk (kg· m ) 673,44 668,51 539,72 779,46 52,27 7,76 MNBS (%) 1,25 1,18 -0,33 7,37 1,08 85,92 Wmax (%) 55,54 56,25 23,91 87,15 15,40 27,72 αl (%) -0,01 0,03 -0,69 0,63 0,25 -2071,63 αr (%) 0,33 0,32 -0,27 1,16 0,28 85,67 αt (%) 0,52 0,40 -0,49 4,83 0,64 121,69 αv (%) 0,84 0,79 -0,21 4,57 0,68 81,19 Tab. 23: Statistické vyhodnocení maximální vlhkosti a celkového bobtnání v jednotlivých -3


Průměr Kαl (%) Kαr (%) Kαt (%) Kαv (%) αdif (%) Tab. 24: Hodnoty

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

0,18 0,04 -1,30 5,96 0,90 514,26 0,15 0,26 -4,69 1,16 0,73 481,67 0,35 0,36 -5,30 4,90 1,07 304,15 0,68 0,68 0,54 0,78 0,05 7,58 1,08 1,05 -10,57 15,34 3,37 312,83 koeficientů bobtnání v jednotlivých anatomických směrech, objemové bobtnání

a diferenciální bobtnání v benzaldehydu

48

V dalším grafu (obr. 17) je vynesen průb ěh zm ěny vlhkosti d řeva jasanu p ři máčení v benzaldehydu, zjišt ěné kontrolním m ěřením 5-ti vzork ů. Z grafu je zřejmé, že v prvních t řech dnech byl nárů st vlhkosti velmi rychlý (ale byla p řijata p řibližně 1/3 ) z celkem p řijatého množství benzaldehydu. Poté následoval vícemén ě strmý rů st (až do w p řibližn ě 48 %). Celkový prů b ěh W byl kultivovaný.

50

W (%)

40 30 20 10 0 0

3

6

9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 čas (den)

Obr. 17: Průběh nárůstu vlhkosti dřeva jasanu v benzaldehydu

5.1.6 Bobtnání a nasáklivost jasanového dřeva v cyklohexanu V tabulce č. 25 jsou uvedeny nam ěřené a vypo čítané hodnoty vzorků v absoluten suchém stavu, které byly po zm ěření uloženy do cyklohexanu. V tabulce č. 26 jsou zobrazeny hodnoty rozm ěrů p ři maximálním nabobtnání vzork ů. Tohoto maxima bylo dosaženo po 13-ti dnech uložení v cyklohexanu. Dále tabulka obsahuje hodnoty maximální hmotnosti vzork ů dosažené po 59 dnech uložení v cyklohexanu. V tabulce č. 27 jsou uvedeny hodnoty maximální vlhkosti, celkového bobtnání a bobtnání v jednotlivých anatomických sm ěrech. V tabulce

č. 28

jsou

uvedeny

jejich

koeficienty,

v četn ě

koeficient ů

objemového

a diferenciálního bobtnání. K m ěření bylo použito 60 jasanových vzork ů .

49

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

L (mm) 30,17 30,17 29,82 30,61 0,12 0,39 R (mm) 18,77 18,79 18,30 19,66 0,27 1,42 T (mm) 17,96 17,99 16,04 18,51 0,36 1,99 m0 (g) 7,02 7,04 6,00 7,84 0,46 6,61 3 V0 (mm ) 10170,89 10184,69 9204,80 10616,40 275,11 2,70 -3 ρ0(kg· m ) 691,30 695,82 568,48 780,86 57,06 8,25 Tab. 25: Statistické vyhodnocení jasanových vzorků v absolutně suchém stavu určených pro máčení v cyklohexanu

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

L (mm) 30,18 30,18 29,84 30,68 0,13 R (mm) 18,76 18,77 18,21 19,84 0,31 T (mm) 18,00 17,97 17,32 19,44 0,32 mmax (g) 9,09 9,06 8,26 12,35 0,57 3 Vmax (mm ) 10191,32 10226,50 9537,88 11655,54 322,25 -3 ρmax(kg·m ) 891,75 881,85 796,99 1059,84 44,12 Tab. 26: Statistické vyhodnocení maximálně nabobtnalých jasanových vzorků a jejich

0,43 1,64 1,77 6,30 3,16 4,95 hustoty po

máčení v cyklohexanu

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

-3

ρk (kg· m ) 690,19 694,91 567,67 795,67 59,51 8,62 MNBS (%) 0,31 -0,33 -3,19 19,97 3,52 1120,08 Wmax (%) 38,59 38,83 14,54 94,43 15,34 39,75 αl (%) 0,04 0,03 -0,60 0,53 0,18 475,41 αr (%) -0,06 -0,11 -1,73 5,53 0,80 -1317,26 αt (%) 0,23 -0,11 -0,95 12,34 1,93 831,49 αv (%) 0,22 -0,24 -2,48 13,92 2,48 1142,09 Tab. 27: Statistické vyhodnocení maximální vlhkosti a celkového bobtnání v jednotlivých anatomických směrech

Průměr

Medián

Minimum

Maximum

Sm.odch.

Var. koef.

Kαl (%) -0,03 0,01 -4,66 3,10 1,04 -3197,69 Kαr (%) 0,09 0,28 -4,08 1,77 0,99 1064,57 Kαt (%) 0,63 0,36 -0,86 7,90 1,20 189,17 Kαv (%) 0,69 0,70 0,57 0,78 0,06 8,25 αdif (%) -1,01 0,28 -78,34 4,26 10,43 -1027,91 Tab. 28: Hodnoty koeficientů bobtnání v jednotlivých anatomických směrech, objemové bobtnání a diferenciální bobtnání v cyklohexanu

50

Stejn ě jako u předešlých kapalin, byl m ěřením 5-ti kontrolních vzorků zjišten průb ěh zm ěn vlhkosti jasanu p ři máčení v cyklohexanu (obr. 18). Z vyneseného grafu je patrné, že nárůst vlhkosti vzhledem k maximálne p řijaté vlhkosti byl v prvních třech dnech op ět velmi rychlý (ale zjišt ěná w dosahovala hranice 18-ti %, což je p řibližn ě 1 /3 )celkov ě dosažené w podobn ě jako u benzaldehydu.

50 45 40

W (%)

35 30 25 20 15 10 5 0 0

3

6

9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 čas (den)

Obr. 18: Průběh nárůstu vlhkosti dřeva jasanu v cyklohexanu

5.2 Srovnání bobtnání a nasáklivosti v jednotlivých kapalinách Vzorky použité v jednotlivý kapalinách vykazovaly zcela rozdílné hodnoty bobtnání a nasáklivosti. P ři srovnání zjišt ěných hodnot bobtnání a nasáklivosti mezi jednotlivými použitými kapalinami byly zjišt ěny následující závislosti. Na obr. 19 je znázorn ěn průb ěh nasáklivosti (prů měr z 5-ti kus ů) kontrolních vzork ů pro každou kapalinu. Na obr. 20 je znázorn ěn průb ěh tangenciálního bobtnání kontrolních vzorků ( prům ěr z 5-ti kusů ) kontrolních vzorků pro každou kapalinu.

V tabulce

č.

29

jsou

zobrazeny

prů m ěrné

hodnoty

bobtnání

a nasáklivosti vybraných kapalin. Na obr. 21 jsou zobrazeny maximální hodnoty nasáklivosti jasanu ve vybraných kapalinách.

51

Nasáklivost kontrolních vzorků 120

100

Vlhkost W (%)

80

60

40

20

0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

voda aceton benzaldehyd toluen cyklohexan

čas (dny) Obr. 19: Porovnání nasáklivosti jasanu v kapalinách

Průběh tangenciálního bobtnání kontrolních vzorků 14

12

Tangenciální bobtnání (%)

10

8

6

4

2

0

-2 0

3

6

9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

čas (dny)

Obr. 20: Porovnání průběhu bobtnání jasanu v kapalinách

52

voda aceton benzaldehyd toluen cyklohexan

MNBS (%) Wmax (%) αl (%) αr (%) αt (%) αv (%)

Voda 27,39 98,55 0,25 6,37 11,51 18,92

Průměrné hodnoty Aceton Benzaldehyd 18,18 1,25 94,38 55,54 0,46 -0,01 4,32 0,33 7,22 0,52 12,37 0,84

toluen 0,6 39,59 0,16 0,1 0,16 0,42

cyklohexan 0,31 38,59 0,04 -0,06 0,23 0,22

Tab. 29: Statistické vyhodnocení maximální vlhkosti a celkového bobtnání v jednotlivých anatomických směrech pro vybrané kapaliny

Maximální hodnoty nasáklivosti jasanu ve vybraných kapalinách 160

140

136,6

121,42 120

Vlhkost w (%)

100

94,43 87,15 76,88

80

60

40

20

0

Aceton

Voda

cyklohexan

Benzaldehyd

toluen

Obr. 21: Maximální hodnoty nasáklivosti jasanu ve vybraných kapalinách

53

6 Diskuze 6.1 Hustota jasanu ztepilého (Fraxinus excelsior L.) Prů m ěrná hustota všech vzork ů v absolutn ě suchém stavu byla zjišt ěna 687,69 kg· m 3, tato hustota spadá do rozmezí uvád ěné v literatu ře 410–650– 820 kg· m -3 (Wagenführ et al.; 1974). Od hodnoty 670 kg· m -3 podle (Horá ček; 2001) se hodnota liší přibližně o 20 kg· m -3 a tém ěř o 60 kg· m -3 se liší hodnota uvád ěná v literatu ře (Požgaj et al.; 1997) 500–600–630 kg· m -3. Matovič (1984) uvádí hustotu jasanu od 660–700 kg· m -3, toto rozmezí hustoty p řisuzuje stanovištním podmínkám (v lužních lesích bývá hustota nižší, zatímco v horských polohách se je hustota vyšší). Nicméně variační koeficient byl 7,86 %. Z toho je zřejmé, že hustota všech vzorků m ěla malou variabilitu. Srovnání výsledků s údaji v literatu ře je problematické, protože auto ři zpravidla neuvádí bližší informace ke zjišt ěným hodnotám, nap ř. p ůvod zkušebního materiálu (lokalita, stanovištní podmínky), místo odb ěru vzork ů v rámci kmene apod.

6.2 Bobtnání a nasáklivost jasanu ve vodě Maximální bobtnání jasanu ve vod ě bylo zjišt ěno v tangenciálním sm ěru

αt = 11,51 %, v radiálním sm ěru αr = 6,37 % a v podélném sm ěru αl = 0,25 %. P ři m ěření maximálního objemového bobtnání αv ve vod ě bylo zjišt ěna prům ěrná hodnota 18,92 %. P ři porovnání zjišt ěných hodnot bobtnání s hodnotami udávanými v literatu ře (tab. 3) lze konstatovat, že se liší o více jak 5 %. Odchylka je pravd ěpodobně zp ůsobena použitím d řeva pouze 12-ti strom ů ze dvou lokalit, které mají svoje specifické klimatické a růstové podmínky. Ze zjišt ěných hodnot bylo vypo čteno diferenciální bobtnání αdif 1,82 %. Tato hodnota odpovídá rozmezím, které p řevzal Kollmann (1936), a to: αdif 2,26–1,41 od Mathewsona (1930) a αdif 1,92–1,66 od Möratha pro dřeva s hustotou v rozmezí 500–700 kg· m-3, kam podle zjištěné hustoty dřevo jasanu ztepilého spadá.

54

Zjišt ěné

hodnoty

koeficient ů

bobtnání

(Kαv= 0,69 %, Kαt = 0,42 %,

Kαr = 0,23), jsou v porovnání s koeficienty uvád ěnými Ugolevem (1975) (tab. 3) poněkud vyšší, to je zp ůsobeno pom ěrn ě vysokou mezí nasycení bun ěčných st ěn (MNBS = 27,39 %), která p řesahuje horní hranici intervalu udávaného Matovi čem (1993), jenž stanovil hodnotu od 23–25 % (pro jádrové d řeviny s kruhovit ě a polokruhovit ě pórovitou stavbou). Jelikož vzorky obsahovaly i podstatné procento běli, tudíž se dosažená hodnota MNBS pohybovala mezi hranicí jádrových a b ělových d řevin s kruhovitě a polokruhovit ě pórovitou stavbou 32–35 %. Prům ěrná hodnota nasáklivosti Wmax byla 98,55 %. P ři čemž nam ěřená data vykazovala nejnižší variabilitu ze všech sledovaných kapalin, pohybovala se od 80,07–121,42 % a variační koeficient byl 8,49 %.

6.3 Bobtnání a nasáklivost jasanu v acetonu U maximálního bobtnání jasanu v acetonu byly zjišt ěny následující hodnoty: v tangenciálním sm ěru αt = 7,22 %, v radiálním sm ěru αr = 4,32 %, v podélném sm ěru αl = 0,46 % a objemové bobtnání αv =12,37 % (diferenciální bobtnání αdif = 1,27 %). Zjištěné hodnoty bobtnání v organických kapalinách nelze srovnávat, jelikož se v literature nevyskytují. Nicméně hodnota tangenciálního bobtnání pro dub v acetonu je αt = 7,6 % (Požgaj et al.; 1997). Ten spadá do kruhovitě pórovitých dřevin a má přibližně stejnou hodnotu hustoty jako jasan okolo 680 kg· m-3 (Gandelová et al.; 2008). Dále Mantanis et al. (1994) sledoval krom ě jiných organických kapalin i maximální tangenciální bobtnání v acetonu a zjistil u javoru cukrového (Acer saccharum Marsch.) 7,1 % a topolu osiky (Populus tremuloides Michx.) 7,5 %. Zjištěná hodnota u jasanu se tedy blíží spíše k javoru cukrovému. Ze zjišt ěných hodnot lze usoudit, že na bobtnání nemá vliv mikroskopická stavba jednotlivých druhů d řevin, nýbrž jejich submikroskopická stavba. Vypo čtené hodnoty koeficient ů

bobtnání

(Kαv= 0,68 %, Kαt = 0,40 %,

Kαr = 0,24), nelze srovnávat, protože se v literatu ře nevyskytují. P řesto jsou tyto výsledky tém ěř shodné s koeficienty bobtnání ve vod ě. Jelikož se koeficienty vypo čítají z hodnot bobtnání a MNBS, které byly o 1/3 menší, (MNBS = 18,18 %).

55

Lze se domnívat, že daná nízká hodnota MNBS je pravd ěpodobn ě způ sobena nižší permitivitou, menší schopností acetonu tvořit pevné vodíkové vazby a tím roztahovat mikrofibrily v buněčné st ěn ě. To má za následek, že s nižší MNBS (oproti vodě) je úm ěrn ě nižší i celkové bobtnání. Prů m ěrná hodnota nasáklivosti Wmax byla zjišt ěná 94,38 %, což je tém ěř totožná hodnota s Wmax zjištěná u vody. Z daných hodnot vyplývá, že d řevo jasanu p řijímá p řibližn ě o 4,23 % mén ě acetonu než vody.

6.4 Bobtnání a nasáklivost jasanu v toluenu P ři experimentálním zjišťování bobtnání jasanu v toluenu byly nam ěřené hodnoty velmi nízké, nacházely se na hranici měřitelnosti. Prům ěrné hodnoty bobtnání v anatomických sm ěrech byly αt = 0,16 % v tangenciálním, αr = 0,10 % v radiálním, αl = 0,16 % v podélném sm ěru. Hodnota objemového bobtnání byla zjišt ěna αv =0,42 %. MNBS byla pro m ěření maximálního bobtnání v toluenu vypo čtena – 0,60 %.Hodnoty koeficientu bobtnání byly vypo čteny (Kαv= 0,70 %, Kαl = 2,19 %), zbylé koeficienty Kαt a Kαr byly velmi nízké a nacházely se na hranici měřitelnosti (vyšly v záporných hodnotách). Průměrná hodnota nasáklivosti Wmax byla u vzorků uložených v toluenu velmi nízká, pouze 39,59 %, což je o 60 % méně než hodnota nasáklivosti u vody a o 58 % méně než u acetonu Lexa (1952), Požgaj et al.(1997) uvádí, že bobtnání d řeva v různých kapalinách je závislé na dielektrické konstant ě kapalin (permitivita)→čím je dielektrická konstanta menší, tím menší je i bobtnání. Hodnota permitivity pro toluen se udává 2,4 (voda 80,3). Lze usuzovat, že toluen je jednou z kapalin, které

nevstupují

do

submikroskopické

struktury

bun ěčných

st ěn

d řeva

a nezp ůsobují bobtnání. To by potvrzovala i zjišt ěná nízká nasáklivost, která by se dala vysv ětlit tím, že toluen skutečn ě pronikl pouze do makrokapilár.

56

6.5 Bobtnání a nasáklivost jasanu v benzaldehydu U maximální bobtnání jasanu v benzaldehydu bylo zjišt ěny následující hodnoty: v tangenciálním sm ěru αt = 0,52 %, v radiálním sm ěru αr = 0,33 % a objemové bobtnání αv =0,84 % (diferenciální bobtnání αdif = 1,08 %). Vypočtenou hodnotu tangenciálního bobtnání lze porovnávat jen přibližně, a to s výzkumem Mantanise et al. (1994), který sledoval kromě jiných organických kapalin i maximální tangenciální bobtnání v benzaldehydu a zjistil u smrku sitka (Picea sitchensis Bong.) αt = 1%. U ostatních dřevin, které zkoumal bylo αt vyšší jak 1 %. Vypočtená průměrná hodnota MNBS byla 1,25 %, což je více jak dvojnásobek hodnoty vypočtené pro toluen, ale o 95,5 % menší než hodnota MNBS zjištěná u vody. Hodnoty koeficientů bobtnání v anatomických sm ěrech byly vypo čteny (Kαv= 0,68, Kαt = 0,35 %, Kαr = 0,15 % a Kαl = 0,18 %). Nasáklivost vzorků uložených v benzaldehydu byla Wmax = 55,54 %. Z čehož vyplývá, že daná hodnota byla o 2/5 vyšší než u toluenu a o více jak 2/5 nižší než u vody. Po skončení měření, byly vzorky uloženy v dobře větrané místnosti a po 14-ti dnech byl na čelech vzorků patrný prostup benzaldehydu obr. 22

Obr. 22: Patrná deformace a prostup benzaldehydu

57

6.6 Bobtnání a nasáklivost jasanu v cyklohexanu P ři experimentálním zjišť ování bobtnání jasanu v cyklohexanu byly nam ěřené hodnoty nejnižší ze všech pozorovaných kapalin. Rozměrové zm ěny zp ůsobené bobtnáním byly velmi malé, pohybovaly se prům ěrně okolo 0,01 mm. Prů m ěrné

hodnoty

bobtnání

v anatomických

sm ěrech

byly

αt = 0,23 %

v tangenciálním a αl = 0,04 % v podélném směru. Hodnota objemového bobtnání byla zjišt ěna αv = 0,22 %. MNBS byla pro měření maximálního bobtnání v cyklohexanu vypo čtena – 0,31 %, což je tém ěř o 99 % mn ě než maximální bobtnání ve vod ě. Hodnoty koeficientu bobtnání byly vypo čteny (Kαv= 0,69 %, Kαt = 0,63 %, Kαr = 0,09 %). Průměrná hodnota nasáklivosti Wmax byla u vzorků uložených v cyklohexanu nejnižší ze všech pozorovaných kapalin, pouze 38,59 %, což je o 60 % méně než hodnota nasáklivosti u vody. P ři čemž nam ěřená data vykazovala nejvyšší variabilitu ze všech sledovaných kapalin, pohybovala se od 14,54–94,43 % a variační koeficient byl 39,75 %. Lze se domnívat, že daná velmi nízká hodnota MNBS je pravděpodobn ě způ sobena velmi nízkou permitivitou 2,023 (voda 80,3), malou schopností cyklohexanu tvo řit pevné vodíkové vazby a tím roztahovat mikrofibrily v bun ěčné st ěně. To má za následek, že s nižší MNBS (oproti vodě) je úměrn ě nižší i celkové bobtnání. Lexa (1952), Požgaj et al.(1997) uvádí, že bobtnání d řeva v různých kapalinách je závislé na dielektrické konstant ě kapalin (permitivita)→čím je dielektrická konstanta menší, tím menší je i bobtnání. S ohledem na získané výsledky lze usoudit, že tato teorie, by mohla být správná.

58

7 Závěr Cílem této bakalářské práce bylo zanalyzovat bobtnání dřeva jasanu ztepilého (Fraxinus excelsior L.) ve vybraných kapalinách. Pro tuto analýzu byla zvolena voda, aceton, toluen, benzaldehyd a cyklohexan. Bobtnání d řeva v t ěchto kapalinách je ovliv ňováno zejména permitivitou kapaliny, teplotou p ři které bobtnání probíhá. Během m ěření byla porovnána i hodnota hustoty jasanu ztepilého v absolutn ě suchém stavu s údaji uvád ěnými v literatu ře. Po shrnutí výsledk ů lze konstatovat, že dřevo jasanu bobtná při pokojové teplot ě (T = 22°C, w = 35 %, p = 1015HPa ) ve zvolených kapalinách různým zp ůsobem. Bobtnání ve vod ě se tém ěř shodovalo s údaji uvád ěnými v literatu ře, jen s tím rozdílem, že vzorky obsahovaly určité procento b ěli a tudíž se výsledky m ěření pohybovaly mezi

jádrovým a

bělovým dřevem listnáčů s kruhovitě a

polokruhovitě pórovitou stavbou. Hodnota maximálního bobtnání acetonu byla o 1/3 menší než u vody. Tangenciální hodnoty bobtnání se nepodařilo ověřit, nicméně se blížily k javoru cukrovému. Celkové bobtnání v benzaldehydu bylo nepatrné. Hodnota byla o 95,5 % nižší než bobtnání ve vodě a hodnota Wmax byla o 2/5 nižší než u vody. Tangenciální bobtnání v benzaldehydu se taktéž nepodařilo ověřit, ale blíží se ke smrku sitka. Nejmenší hodnoty bobtnání a nasáklivosti měly vzorky jasanu v kapalinách toluenu a cyklohexanu. V toluenu byla hodnota bobtnání pouze 2 %, ku vzorkům uložených ve vodě a nasáklivost byla téměř o 60 % menší než v porovnání

Wmax

s vodou. Z výsledku měření nelze říct, že dřevo jasanu v cyklohexanu bobtná. Zde byla naměřená hodnota MNBS ještě o polovinu menší než u toluenu, kdežto nasáklivost byla s toluenem téměř totožná. Nam ěřené a zanalyzované hodnoty uvedené v této práci, mohou sloužit jako podklady pro další výzkumy v oblasti bobtnání d řeva v organických kapalinách.

MNBS (%) Wmax (%) αr (%) αt (%) αv (%)

Voda 27,39 98,55 6,37 11,51 18,92

Průměrné hodnoty Aceton Benzaldehyd 18,18 1,25 94,38 55,54 4,32 0,33 7,22 0,52 12,37 0,84

59

toluen 0,6 39,59 0,1 0,16 0,42

cyklohexan 0,31 38,59 -0,06 0,23 0,22

8 Summary Aim those baccalaureate work was analyse swelling of wood ash graceful (Fraxinus excelsior L.) in choice liquids. For this analysis was elect water, acetone, toluene, benzaldehyde and cyclohexane. Swelling of wood in these liquids is influenced especially absolute permittivity liquid, temperature at which swelling proceeds. During metering was collated also value density ash graceful in oven dry state with datum featured in literature. For individual metering was used already made exhibits ash (Fraxinus excelsior L.). Specimen was without marks mechanical damage and charging biotic pest. All specimen was about divide 20 × 20 × 30 mm ± 0,5 mm (in smash L × R × T). For examination was choice on the whole 300 sample for all liquid (for every liquid set 60 piece). First was exhibits dehydrated in convective oast at temperature 103 °C for a period of approximately 2 days, subsequently after extraction was contemplated and timed sliding gauge in his anatomical directions. Forthwith after flealouse was exhibits saved to the desiccator and embedded choice liquids always after 60- the figures for every liquid (water, acetone, toluene, benzaldehyde and cyclohexane). In every liquid was choice 5 designs for check weighing and metering proportions in 3–4 daily intervals until achievement MNBS. At every flealouse had to corpuscle properly wipe filtration paper, to wasn't materiality effected liquidthat the cleave to the eye corpuscles (above all benzaldehyde and water). After summary results it is possible statethat the wood ash swells at indoor temperature (T = 22°C, w = 35 %, p = 1015HPa ) in elect liquids in different ways. Swelling in water almost agree with datum featured in literature, only with it differencethat the exhibits contained definite per cent alburnum and hence record metering drowe among

nucleary and

sapwood broad-leaved tree with round

and semicircular porous construction. Value maximum swelling acetone was about 1/ 3

smaller than in waters. Tangent funds swelling miss verify, nevertheless

approximate to maple sugar. General swelling in benzaldehyde was slight. Value was about 95,5 % inferior to swelling in water and value Wmax was about

2/ 5

lower

than in waters. Tangent swelling in benzaldehyde likewise miss verify, but nears to spruce situs.

60

Smallest funds swelling and absorbability have had exhibits ash in liquids toluene and cyclohexane. In toluene was value swelling only 2 %, to designs saved in water and absorbability was almost about 60 % smaller than in comparison Wma x with water. Z result metering it is impossible saythat the wood ash

in

cyclohexane swells. Here was measuring data MNBS yet by half smaller than in toluene, whereas absorbability was with toluene almost identical. Measured and analyse funds mentioned in those work, they may serve as groundwork for others researchs in the area swelling of wood in organic liquids

61

9 Použitá literatura Literatura: GANDELOVÁ L. et al., 2008, Nauka o d řev ě, dotisk, Brno, MZLU, 176s., ISBN 978–80–7157–577–1 HORÁČEK P., 2001, Fyzikální a mechanické vlastnosti d řeva, 1, Brno, MZLU, 124 s., ISBN 80–7157–347–7. KOLLMANN F., 1936, Technologie des Holzes, Berlin, 745s. KOLLMANN

F.,

1941,

Die

Esche

und

ihr

Holz,

Berlin,

141s.

.

LEXA J. et al., 1952. Mechanické a fyzikálné vlastnosti d řeva, I.Svazek technologie d řeva. Bratislava, Práce, 431 s. Liška M., 2008, Bobtnání dubového d řeva ve vod ě, glycerinu a etanolu, MZLU, 50s. MANTANIS G. I., YOUNG R. A., ROWELL R. M., 1994. Swelling of Wood, Part II. Swelling in organic liquids. Holzforschung, 48-480–490. MATOVIČ A. Makroskopická stavba, fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva jasanu ztepilého (Fraxinus excelsior L.), Drevársky výskum, 29, 4, 1984, s. 1–24 MATOVIČ et al., 1992, Stavba dřeva–cvičení, 1 vydání, Brno, VŠZ, 127 s., ISBN 80-7157-019-2 POŽGAJ A. et al., 1993, Štruktů ra a vlastnosti dreva. Bratislava, Príroda 485 s., ISBN 80–07–00960–4 ŠLEZINGEROVÁ J. et al., 1994, Stavba d řeva, 1 vydání, Brno, VŠZ, 179 s., ISBN 80-7157-137-7 ŠLEZINGEROVÁ J., GANDELOVÁ L., 2001, Stavba dřeva–cvičení, Brno, MZLU, 132 s. ŠLEZINGEROVÁ J., GANDELOVÁ L., 2005, Stavba d řeva, dotisk, Brno, MZLU, 186 s. TRENDELENBURG J. a MAYER – WEGELINA H., 1955. Das holz als rohstoff. Mnichov, 541 s. WAGENFÜHR R., 2000. Holzatlas, 5. vydání. München, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 707 s.

62

Internetové zdroje:

http://www.biolib.cz/cz/taxon/id217216/ citováno 2. dubna 2009 http://botanika.wendys.cz/kytky/K592.php citováno 7. února 2009 http://www.cojeco.cz/index.php?s_term=&s_lang=2&detail=1&id_desc=405 citováno 17. b řezna 2009 http://cs.wikipedia.org/wiki/Aceton citováno 17. b řezna 2009 http://encyklopedie.seznam.cz/heslo/32745-cyklohexan citováno 17. března 2009 http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Benzaldehyd citováno 17. b řezna 2009 http://cheminfo.chemi.muni.cz/materials/ObecnaChem_C1020/L12_kinet.pdf http://images.google.cz/imgres?imgurl=http://aceton.navajo.cz/aceton citováno 17. b řezna 2009 www.irz.cz/repository/latky/toluen.pdf citováno 17. března 2009 http://www.krohne.com citováno 2. dubna 2009 Vavrčík et al., 2002, autorská práva, dostupné z http://wood.mendelu.cz/nod/ e107_cz/nod_plugins/projects/stavba_dreva/lexikon/mikro/index.html?drevina=js citováno 7.února 2009 Vavrčík et al., 2001, autorská práva, dostupné z http://wood.mendelu.cz/nod/ e107_cz/nod_plugins/projects/stavba_dreva/lexikon/makro/index.html?drevina=js citováno 7.února 2009 http://xantina.hyperlink.cz/organika/uhlovodiky/cykloalkany.html citováno 17. b řezna 2009 Normy:

ČSN 49 0103 – Dřevo zjišť ování vlhkost p ři fyzikálních a mechanických zkouškách

ČSN 49 0104 – Metoda zjiš ťování nasáklivosti a navlhavosti ČSN 49 0108 – Dřevo zjišť ování hustoty p ři fyzikálních a mechanických zkouškách

ČSN 49 0126 – Sk ůšky vlastností rostlého dreva. Metoda ziš ťovania napu čavosti ČSN 49 0144 – Metoda zjiš ťování nasáklivosti

63

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. Ústav nauky o dřevě

Recommend Documents