KVK406 – Ahşap MALZEME BİLGİSİ VE BOZULMALARI
AHŞABIN KİMYASAL YAPISI
Ahşabın kimyasal yapısı;
Selüloz %40-50,
Polisakkaritler %15-35,
Lignin %20-35,
Yabancı maddeler %1-3 olmak üzere 4 ana bileşenden meydana gelmektedir.
SELÜLOZ
Hücre duvarının yapıldığı maddenin ezici kütlesini oluşturan bileşik olan selüloz, özellikle ahşabın gerilme mukavemetinden sorumludur.
Fotosentez ile meydana gelen glukoz moleküllerinin farklı düzende bağlantı oluşturmasıyla meydana gelir ve odunsu hücrelerin iskeletini meydana getirir. Her bir glukoz molekülünün yapısından 1 mol su çıktıktan sonra 180° ters dönerek birbirine bağlanmaları ile uzun zincir şeklinde bir polimer olan selüloz üretilmektedir.
Resim 21. Selüloz Formülünde Glukoz Molekülleri
SELÜLOZ
Selüloz zincir moleküllerinin uzunluğu, hücre çeperinin tabakalarına göre değişir.
Ahşabın hücre çeperi direnci, çekme, eğilme ve şok direnci üzerinde önemli bir etkiye sahip olan selüloz, iğne yapraklı ağaçlarda %35-40, geniş yapraklı ağaçlarda %40- 45 oranında bulunmaktadır.
Resim 22. İğne Yapraklı Ağaç
Resim 23. Geniş Yapraklı
%35-40 Ağaç %40-45
POLİSAKKARİTLER
Fotosentezin sonucunda glukoz dışında üretilen bir diğer madde ise polisakkaritlerdir. Hücre çeperini meydana getiren ikinci yapısal polimerdir.
Hemiselüloz da denen polisakkaritler, bitki hücre duvarının selülozuyla ilişkili olan alkali içinde çözünebilen polisakkaritlerdir. Selülozdan daha kısa glukoz molekül zincirlerinden oluşurlar. İğne yapraklı ağaçlarda %20-30, geniş yapraklı ağaçlarda %25-40 oranında bulunmaktadır.
Ahşabın elastikiyeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Resim 24. Glukoz Molekül Zinciri
LİGNİNLER
Lignin, aromatik alkollerden (üç farklı fenilpropan monomer) oluşan çok karmaşık üç boyutlu bir polimerdir.
Düzensiz bir retikülat molekülü oluşturur. Lignin içindeki monomerik birimler tek bir intermonomerik bağlantıyla değil, çoğu kolayca hidrolize edilemeyen birkaç farklı karbon-karbon
ve diğer bağlantılar ile birleştirilir. Resim 25. Ahşap Lignin Şematik Yapısı
Lignin Özellikleri
Lignin odunsu liflerin önemli bir kısmını temsil eder.
Malzemedeki yüzdesi, hammaddenin kökenine ve üretimde kullanılan kimyasal / fiziksel işlemlere göre değişir.
Hücre duvarını sertleştirme işlevine sahiptir ve aynı zamanda ahşabın basınç dayanımından da sorumludur.
Bitkilerde doğal olarak bulunan koruyucu görevi görürler.
Çoğu mikroorganizma tarafından bozulmaya karşı dirençlidir.
Termoplastik özelliktedir ve nem karşısında ahşabın boyut değişikliğini azaltmasının nedeni hidroksil grupların tamamının su ile bağ oluşturmamasıdır.
Selüloz ve polisakkaritlere göre çok daha az higroskopiktir. İğne yapraklı ağaçlarda
%25-30, geniş yapraklı ağaçlarda %20-25 oranında bulunur ve geniş yapraklı ağaçlar genellikle iğne yapraklı ağaçlardan daha dayanıksızdır.
YABANCI MADDELER
(EKSTRAKTİF MADDELER)
Yabancı maddeler çoğunlukla hücrelerin içinde ve bazen de hücre duvarlarında bulunur. Ahşabın rengini, kokusunu, yüzey tutarlılığını, dayanıklılığını ve haşere direncini etkileyen çeşitli aromatik bileşiklerden oluşurlar.
Ekstraktif maddeler de denilen bu kimyasal bileşiklerin çoğu düşük molekül ağırlığındaki organik ve inorganik yapıdaki bileşiklerden oluşur.
Resim 26. Ahşap Türleri ve Renkleri
YABANCI MADDELER
(EKSTRAKTİF MADDELER)
Organik olan ekstraktif maddeler; tanenler, uçucu yağlar, reçineler, sakız, lateks, alkoloidler, boyar ve renkli maddeler, flavonoller, antosiyaninler, glikozitler, polifenoller, şekerler, nişasta gibi kompleks bileşiklerdir. İnorganik ekstraktif maddeler ise genellikle odun dokusunda %1’den az oranda bulunmaktadır ve silis ile kalsiyum tuzları olarak görülmektedir.
Ekstraktif maddeler ahşabın öz odununa renk, koku ve tat gibi özellikler kazandırır. Mantarlara, böceklere karşı dayanıklılığını, basınç direncini, sertliğini ve yoğunluğunu arttırır fakat yüzey işlemleri ve kurutmada sorun yaratır.
HÜCRE ÇEPERİNİN KİMYASAL VE ULTRASTRÜKTÜREL YAPISI
Ağaçların odun dokusu temel olarak hücrelerden meydana gelir ve hücre çeperinin temel kompozisyonu karbon, hidrojen ve oksijenin çeşitli şekillerde birleşmesi ile meydana gelen selüloz, hemiselüloz ve ligninlerden oluşur. Hücre çeperini oluşturan bu yapısal polimerlerin her biri ağacın yaşına, cinsine, yetiştiği bölgeye, mevsimlere, yetiştirilme şartlarına göre değişiklik gösterir.
Resim 27. Hücre Çeperinin Yapısı
HÜCRE ÇEPERİNİN KİMYASAL VE ULTRASTRÜKTÜREL YAPISI
Günümüzde çeper yapısının ultrastrüktürel yapısı Kerr ve Goring (1975) tarafından önerilen kesikli lamel teorisi ile açıklanmaktadır. Bu teoriye göre hücre çeperinin iskeletini oluşturan mikrofibrillerin üzeri, hemiselüloz ile sarılmakta ve mikrofibriller arası boşluklar lignin tarafından doldurulmaktadır.
Hücre çeperinin yapısı, bir betonarme yapıya benzetilmekte, betonarmedeki demir kısımlar selülozu, çimento ve kum gibi kısımlar ise lignine karşılık gelmektedir. Selülozun yüksek elastikiyetinin olması, amorf yapıdaki ligninin ise plastik özellik göstermesi, ahşabı diğer yapı malzemelerinden ayıran bir özellik kazandırmaktadır.
Resim 28. Ağaç Hücre Yapısı
HÜCRE ÇEPERİNİN KİMYASAL VE ULTRASTRÜKTÜREL YAPISI
Özellikle iletim ve destek görevindeki hücrelerin çeperlerinde birbirinden farklı 2 ya da 3 tabaka tespit edilmiştir. Bu hücrelerde en dışta primer çeper, sonra sekonder çeper ve bazen siğilli tabaka bulunmaktadır.
Bu kısma orta lamel adı verilir ve hücreleri birbirine bağlar, az miktarda pektin içerir ve önemli bir kısmında lignin bulunmaktadır.
Resim 29. (a) Bir trakeidin (odun hücresi) sekonder hücre duvarının üç boyutlu yapısı, (b) yük-taşıyıcıselüloz mikrofiberlerin altyapısını gösteren bir odun hücre duvarının yapısı (c) bireysel selüloz zincirlerine kadar, bir selüloz nanofibrilin yapısı
(c)
1. Primer Çeper
Hücrenin büyüme evresinde boyunun uzamasını ve çapının genişlemesini kontrol eden tabakadır.
Dış yüzü lignince zengindir ve orta lamele dayanmaktadır.
Selüloz mikrofibrilleri gevşek
ve düzensiz bir
görünümdedir.
PRİMER ÇEPER
Resim 30. Ağaç Hücre Çeperi
Sekonder Çeper
En geniş çeper tabakasıdır.
Selüloz mikrofibrillerinin primer çeper üzerine yığılması ile meydana gelir.
Primer çepere göre daha fazla selüloz içerir. Sekonder çeper, birbirinden farklı 3 tabakaya
ayrılır. Resim 31. Sekonder Çeper
Bölümleri
Sekonder Çeper Bölümleri
S1 Tabakası
Bu tabaka, primer çeperden, elektron mikroskobu altında ayrıt edilebilir. Mikrofibriller S1 tabakasının dışında yatıktır ve S2 tabaksına bakan iç kısmında hücre ekseni ile yaklaşık 60-80 arası bir açı yapmaktadır. Bu düzen hücrede, enine yönde çekme direncini arttırdığı gibi nem ile birlikte boyuna değişimlerden de sorumludur.
S2 Tabakası
30-150 lamelden oluşan ve hem sekonder hem de hücre çeperinin en geniş tabakasıdır ve bu tabakada mikrofibriller hücre eksenine hemen hemen paralel seyretmektedir. Bu tabaka, ahşabın genişleme-daralma ve mekanik özellikleri üzerinde en fazla etkinliğe sahip tabakadır.
S3 Tabakası
Sekonder çeperin en iç tabakasıdır. S1 tabasından daha incedir ve 0-6 lamel kalınlığındadır.
Kimyasallara ve boyalara karşı diğer tabakalara göre daha farklı reaksiyonlar gösterir.
Resim 32.
Sekonder Çeper Bölümleri Şeması
Siğilli (Granüllü) Tabaka
Bazı ağaç türlerinde, lümen tarafında siğilli (granüllü) tabaka denen kalıntılar görülmektedir. Bu kalıntıların kimyasal yapıları, lignine benzemektedir ve protein içerirler.
Granüllü tabaka her ağaç türünde bulunmadığı için, ağaç türlerini birbirinden ayırmada önemli bir özelliktir. Genellikle yumuşak çamlarda granüllü tabaka bulunmaz.
Resim 33. W: Granüllü Tabaka
Siğilli (Granüllü) Tabaka
Hücre çeperi, yapısı gereği suyun ve emprenye maddelerinin geçmesi bakımından önemli olan çok sayıda boşluk alanlardan oluşur. 0.3 nm çapları olan su moleküllerinin, fibriller arası alanlarda, selüloz ve hemiselülozun hidroksil gruplarına bağlanarak kolaylıkla nüfuz edebildikleri tespit edilmiştir. Su ve diğer kimyasal bileşenlerin bu hidroksil gruplarına bağlanabilmeleri durumları döteryum oksit denen ağır su ile yapılan işlemler yardımıyla belirlenebilmektedir.
Siğilli (Granüllü) Tabaka
Hücre çeperi içerisinde bulunan fibriller arası boşluk alanlarına, molekül çapları yaklaşık 0.6 nm çapta olan, sakkaroz ya da metil metakrilat gibi konsolidasyon malzemeleri olan monomerler de nüfuz edebilirler. Bu polimer çözeltilerinin geçit zarlarından geçememesinin nedeni, geçit zarlarında bulunun küçük boyutlu açıklıkların, birçok polimer çözeltisi için filtre görevi görmesidir.
Bu şekilde pelimerler, hücre lümenlerinde sadece birikinti ya da tortu şeklinde kalırlar.
Suya doymuş ahşap için suda çözünen ajanların hücre çeperine girebilmeleri, kuru ahşabın şişme ölçüleri ve susuz organik çözücüler yardımıyla belirlenmektedir. Çapı 0.55 nm’nin üzerindeki moleküller, absorbe edilen su ile beraber hücre çeperi içerisindeki boşluk alanlara nüfuz ederler. Bu yüzden suya doymuş ahşapların konservasyonunda, yüksek çekim gücü olan ajanları ya da etilen glikol monoetileter metodunda olduğu gibi suyun nüfuzunu kabul etmeyen alanları bulunan ajanları kullanmak en doğru seçimdir.
ANATOMİK VE KİMYASAL YAPIDA DEĞİŞİKLİKLER
Aynı tür ağaçlardan, hatta aynı ağacın farklı bölgelerinden hazırlanan malzemeler birbirleri ile karşılaştırıldığında bunların fiziksel ve anatomik yapı ile kimyasal yapılarının farklılıklar gösterdiği görülmektedir.
Bu farklılıklar;
• Hücre boyutları
• Yıllık halka genişliği
• Özgül ağırlık
• Selüloz ve lignin oralarında görülür.
A H Ş A B I N A N AT O M I K V E K I M YA S A L YA P I S I , K . A R İ N , Ö. KA RA D E N İ Z , A N KA RA , 2 0 2 0
ANATOMİK VE KİMYASAL YAPIDA DEĞİŞİKLİKLER
Bu tür farklılıkların nedeni, ağacın yetiştiği çevresel şartların değişikliklerinden, kambiyumun ve aynı zamanda ağacın yaşlanmasından kaynaklanmaktadır.
Kambiyum: Otsu ve odunsu bitkilerde, enine büyümeyi sağlayan meristem hücrelerden meydana gelmiş doku.
Ağaçlarda yaş halkalarının oluşumunu
sağlar. Resim 34.
Kambiyum
A H Ş A B I N A N AT O M I K V E K I M YA S A L YA P I S I , K . A R İ N , Ö. KA RA D E N İ Z , A N KA RA , 2 0 2 0
