Die Röntgenmikroanalyse von Lignin als Untersuchungsmethode für Holz und Holzwerkstoffe

Abstract

Holz wird aus den Naturstoffen Lignin, Hemicellulose und Cellulose aufgebaut. Alle drei Stoffe bestehen aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, doch unterscheiden sie sich sehr in ihrer molekularen Organisation. Lignin entsteht als ein dreidimensionales Netzwerk durch radikalische Polymerisation aus den Phenylpropanolen Coniferylalkohol, Sinapylalkohol und Cumarylalkohol (Abb.1). Der relative Anteil der verschiedenen Phenylpropanole variiert stark zwischen verschiedenen Pflanzengruppen. Laubholzlignin weist einen weit höheren Sinapylanteil auf als Nadelholzlignin, das fast ausschließlich aus Coniferylalkohol aufgebaut wird. Das Lignin in der verholzten Zellwand der Gräser ist durch einen hohen Cumarylanteil charakterisiert. Hemicellulose ist ein heterogenes Gemisch aus Polysacchariden. Grundbausteine sind Pentosane (Xylose, Arabinose) und Hexosane (Glucose, Galactose, Fucose, Mannose), die zu kurzen, teilweise verzweigten Ketten verknüpft werden. Cellulosemoleküle sind in Fibrillen organisiert, die sich aus unverzweigten 1,4-β-Glucan-Ketten zusammensetzen. Intramolekulare und intermolekulare Wasserstoffbrücken sorgen für eine dichte Packung und parallele Ausrichtung der Glucanketten in den Fibrillen, die in kristallinen Bereichen die höchste Ordnung der Cellulose zeigen. Auf mindestens vier Konstruktionsebenen sind die Cellulosefibrillen zu Fasern verdrillt. Abbildung 1 Die Phenylpropanol-Grundbausteine des Lignins p-Cumarylalkohol (I), Coniferylalkohol (II) und Sinapylalkohol (III)