Dietrich Fengel

Characterization of cellulose by deconvoluting the OH valency range in FTIR spectra

The mathematical processing (deconvolution) of spectra obtained in a FTIR spectrometer permits the resolution of the absorbance range of the OH groups of cellulose into various bands. The distinction between celluloses I and II was successfully done by attributing certain bands to the crystal modifications independent of crystallinity. The degree of crystallinity is characterized by the relative heights of certain bands. The transformation of cellulose I into cellulose II and the transition from crystalline to amorphous cellulose were pursued by deconvoluted IR spectra in the range of 3200-3700cm -1 .

Änderungen der chemischen Zusammensetzung von Holz durch thermische Behandlung

ZusammenfassungEichenholz- und Kiefern-Splintholzproben, die verschiedenen Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 180°C während 24h und 48 h ausgesetzt waren wurden auf ihren Gehalt an Holcellulose. Alpha-Cellulose, Hemicellulosen und Lignin untersucht. Dabei wurde das unterschiedliche Verhalten von Laub- und Nadelholz bei thermischer Behandlung deutlich.Holocellulose und Alpha-Cellulose von Kiefernholz zeigten bereits ab 100°C Gewichtsverluste, während die Holocellulose- und Alpha-Cellulosegehalte von Eicheinung bis 130°C bzw, 150°C konstant blieben. Diese Erscheinung läßt sich mit einem Abbau der bei Kiefernholz mit der Cellulose vergesellschafteten Hemicellulosen allein nicht erklären, so daß vermutet wird, daß diese Vergesellschaftung die thermische Stabilität der Cellulose herabsetzt.Bei den Hemicellulosen nehmen die Pentosane in Abhängigkeit von der Temperatur immer stärker ab, während die Kurven für die Gesamt-Hemicellulosen zwischen 150°C und 180°C wieder flacher verlaufen, woraus sich für den Hexosangehalt ein Anstieg ergibt. Diese Zunahme der alkalilöslichen Hexosane wird durch das Auftreten von Cellulosebruchstücken in der Hemicellulosenfraktion erklärt. Die Behandlungsdauer hat keinen oder nur einen geringen Einfluß auf den Hemicellulosenabbau.Die größte Temperaturstabilität besitzt das Lignin. Das Eichenholzlignin zeigt besonders bei der Betrachtung der Ergebnisse nach der Methode von Runkel zwischen 100°C und 150°C eine Abnahme, die darauf zurückgeführt wird, daß bei der Bestimmung aus laubholzeigenen Hemicellulosen, die zwischen 100°C und 150°C abgebaut werden, hydrolyseresistente Verbindungen entstehen. Ab 150°C nimmt der Ligningehalt zu, und zwar bei Eichenholz stärker als bei Kiefernholz. Bei 180°C erreichen die Ligningehalte beider Hölzer bei gleichen Behandlungszeiten etwa den gleichen Wert.SummaryOakwood and pine-sapwood samples, for 24 h and 48 h exposed to different temperatures between room temperature and 180°C, were tested for their content of holocellulose, alpha-cellulose, hemicelluloses, and lignin. This elucidated the different behaviour of hard and soft wood under thermal treatment. Holocellulose and alpha-cellulose of pinetwoof from 100°C on showed losses in weight, whereas the contents of holocellulose and alpha-cellulose in oakwood remained constant up to 130°C or 150°C, respectively. This phenomenon cannot be explained solely by a decomposition of the hemi-celluloses celluloses associated with the cellulose in the pinewood, so that is being assumed that this assoriation diminishes the thermal stability of the cellulose.With the hemicelluloses, the pentosans arr wore and more decreasing, depending on temperature, while the curves for the total hemicelluloses between 150°C and 180°C turn into a more flat course, this leading to a rise of the hexosan content. This increase of the alkali-soluble hexosans is explained by the occurrence of cellulose fragment in the hemicellulose fraction. The duration of treatment has no or but a small effect on the decomposition of hemicelluloses.Lignin has the greatest temperature stability. Between 100° and 150°C oakwood lignin, particularly when considering the results acording to the method of Runkel, shock a decrease attributed to the fact that with the determination from hardwood-owned hemicelluloses, decomposed between 100° and 150°C, hydrolysis-resistent compounds occur. From 150°C on, the lignin content aderances, more strongly with eakwood than with pinewood. At 180°C, the lignin contents of both species during the same treatment periods achieve approximately the same value.

Studies on the Colouring Matter of Blue-stain Fungi. Part 1. General Characterization and the Associated Compounds

The most striking effect of the invasion of blue-stain fungi is the blue or black discolouration of wood. Looking at the fungi in the microscope their hyphae show a brown colour in transmission. Except for some soft-rotters the blue-stain fungi do not belong to the wood destroying fungi. They live predominantly on the protein content of the parenchyma cells, and the loss of cell wall components is restricted to a few percents after a long time invasion of wood (Seifert 1964; Tabirih, Seehann 1984).

Über die Veränderungen des Zellquerschnitts, der Dicke der Zellwand und der Wandschichten von Fichtenholz-Tracheiden innerhalb eines Jahrringes

Zusammenfassung An lichtmikroskopischen Präparaten und elektronenmikroskopischen Aufnahmen von waldfrisch eingebettetem Fichtenholz wurden die Zellquerschnitte, die Zellwanddicken und die Dicken der einzelnen Wandschichten ausgemessen. Innerhalb eines Jahrringes ergaben sich dabei deutlich abgegrenzte Bereiche von Frühholz, Übergangsholz und Spätholz. Die Variation in der Dicke der Zellwände wird hauptsächlich von der Dicke der Sekundärwand 2 bestimmt, jedoch tragen auch Sekundärwand i und Tertiärwand dazu bei. Unterschiede zu Messungen an lufttrocken eingebetteten Proben lassen auf eine im Vergleich zu den übrigen Wandschichten höhere Quellfähigkeit der Tertiärwand im waldfrischen Zustand schließen. Die Ursache dafür wird im Eiweißgehalt dieser Wandschicht gesehen. Die Beziehung zwischen Zellquerschnitt und Wanddicke der Tracheiden wird diskutiert.

Influence of the Alkali Concentration on the Formation of Cellulose II. Study by X-Ray Diffraction and FTIR Spectroscopy

The comparative study shows that the lattice transformation Cellulose I/II as evaluated by X-ray diffraction is reflected in the CH 2 /OH valency vibration range of deconvoluted FTIR spectra. The two methods supplement each other. The phase transition begins with a NaOH concentration of 11-12% and is completed with one of 16.5%. Various changes in the molecular and supramolecular structure of cellulose in this alkali concentration range were identified. The transformation process is determined by splitting and new formation of inter- and intramolecular H-bonds. There is a direct correlation between decrease in crystallinity and H-bond splitting. The conformational variation in the cellulose molecules is the result of the interaction between inter- and intramolecular H-bonds during chain rotation.

Chemische Zusammensetzung von Nadel- und Laubhölzern

ZusammenfassungLiteraturangaben über die Anteile der Hauptkomponenten, der Extrakstoffe, der Asche und der wichtigsten chemischen Gruppen von allen Nadelhölzern und den Laubhölzern der gemäßigten zonen wurden tabellarisch zusammengestellt. Die Tabellen enthalten über 350 Analysendaten von 153 Holzarten.SummaryBibliographical data on the amount of the main components, the extractives, the ash and the most important chemical groups of all softwoods and the hardwoods of temperate zones were compiled in tabular form. The tables contain more than 350 analytical data of 153 wood species.

Structure and Function of the Membrane in Softwood Bordered Pits)

Bordered its Summary Pit membrane A review is given on the authors studies on the development, structure and function of the memDevelopment brane in softwood bordered pits. New ideas on the role of enzymes in the development of the pit Permeability membrane are presented. It is shown that the pit closing process is combined with a re-arrangeHeartwood formation ment of cellulose fibrils in the margo and a displacement of the amorphous substance in the torus. Fungi The torus itself has a certain permeability which allows the impregnation with aqueous solutions Electron microscopy as ^ as i^ phenolic substances during the heartwood formation. The pit membranes are also important for the spreading of certain fungi in wood.

A NEW PROCESS FOR IMPROVING THE QUALITY AND LIGNIN STAINING OF ULTRATHIN SECTIONS FROM WOOD TISSUE

A new combination of embedding and staining methods was developed. Wich permits the visualization of the lignin distribution in the cell walls at the high resolution level of a TEM. The use of water soluble melamine resin for embedding results in extremely ultrathin sections which can be observed in the TEM without supporting films. The embedding allows a staining, specifically of lignin, with KMn O 4 : with high reproducibility. A densitometric evaluation of the micrographs reveals a great number of details about the lignin concentration within the various cell wall layers

Beitrag zur Charakterisierung analytischer und technischer Lignine. - Teil 2. Physikalisch-chemische und elektronenmikroskopische Untersuchungen

Five analytical lignins (MWL spruce, MWL beech, ethanol-lignin spruce, H 2 SO 4 and TFA lignin spruce) and 4 technical lignins (organosolv lignin spruce, lignin sulfonates spruce and beech, sulfate lignin pine) were used for investigations. The spectral behaviour was investigated in the ultraviolet and infrared ranges. The UV spectra and the absorption coefficients at 280 nm are more usable to differentiate the lignins than the relative uniform IR spectra. The lignins show distinctive differences when heated up to 350°C and by observation in the transmission electron microscope. The results cannot be attributed in any case specifically to the kind of lignin isolation.

Trifluoressigsäure zur schnellen und schonenden Hydrolyse von Cellulose und anderen Polysacchariden

Zusammenfassung Trifluoressigsäure (TFE) ist der Schwefelsäure als Hydrolysereagenz für Polysaccharide deutlich überlegen. Der Vorteil der Verwendung von TFE liegt in der weitgehenden Schonung der bei der Hydrolyse entstehenden Monosaccharide, im Wegfall einer üblichen Neutralisation und in der kurzen Reaktionszeit. Wasserund alkalilösliche Polysaccharidc lassen sich mit verdünnter TFE hydrolysieren, Cellulose und cellulosehaltige Proben werden in konzentrierter TFE gelöst und anschließend in einer homogenen Reaktion gespalten. Die Hydrolysedauer beträgt normalerweise eine Stunde. Die Säure läßt sich durch Abdampfen vollständig entfernen. Es wird nachgewiesen, daß bei der Auflösung von Cellulose in TFE mit großer Wahrscheinlichkeit eine Molekülverbindung entsteht.