Cellulosa

 

Titta noggrant på en bit trä som sågats av på tvären. Vi ser smala mörka fält och bredare ljusare fält. Detta är årsringar. Mellan två mörka fält har det alltså gått ett år. De ljusa partierna har bildats under våren. De mörkare har växt till under sommaren. Under höst och vinter växer inte trädet. Om vi tittar ännu noggrannare ser vi att de ljusa partierna inte är exakt lika stora. Vissa vårar är varmare än andra. Sådana år växer trädet mer och årsringen blir bredare. Om vi sågar ned ett riktigt gammalt träd kan vi följa hur klimatet förändrats genom flera sekler. När arkeologer hittar trästockar kan de med hjälp av årsringarna bestämma hur gamla de är. De jämför då mönstret av stockens årsringar med mönstren av årsringar från träd från olika tidsåldrar.

Träd är uppbyggda av materialet trä

Trä är ett mycket användbart material. Vi använder trä till att bygga hus och andra konstruktioner. Trä kan också fungera som bränsle i en brasa. Det finns också många material som är tillverkade från trä. Kartong, papper, vissa plaster och till och med drivmedel kan tillverkas från trä.

Idag avverkas träd med stora skördemaskiner som fäller trädet och tar bort kvistar och grenar. När skogen är omkring 35 år gallras en del mindre träd bort. När skogen är omkring 80 år slutavverkas den. Stockarna körs till ett sågverk. I sågverket tas barken av och stockarna sågas sedan till plankor.

 

Trä från olika trädslag har olika egenskaper. Generellt växer barrträd snabbare än lövträd. Det gör att trä från gran och tall är mjukare än trä från lövträd som ek, asp och björk. Virke av gran och tall används ofta för att bygga hus. Det kan vara allt från gjutformar för betong till reglar, fasadbeklädnader och fönsterkarmar. Möbler och golv tillverkas däremot ofta av lövträ för en hård yta. Tändstickor är i Sverige alltid gjorda av aspträ. Asp är ett starkt, elastiskt och ljust träslag vilket passar bra till just tändstickor.

 

Trä består av många olika kemiska ämnen

Om vi tittar på en bit trä i förstoringsglas ser vi att det består av små ihåliga rörformade strukturer. Dessa kallas fibrer. Fibrerna ligger tätt tillsammans. Vi ser en tydlig skillnad mellan fibrerna i de mörka partierna i årsringen och de ljusare. I de breda, ljusa partierna, som kallas för vårved, har fibrerna tunna väggar och relativt stora hålrum. I de tunna mörka partierna, som kallas för sommarved – har fibrerna tjocka väggar och relativt små hålrum. Fibrer från olika trädslag skiljer sig åt. Barrvedsfibrer är till exempel längre än lövvedsfibrer. Växtceller har cellvägg. Det är cellväggarna som ger en stabil struktur så att träden kan växa sig höga och stå emot starka vindar. Cellväggen har flera lager som består av olika kemiska ämnen. De viktigaste är cellulosa, hemicellulosa och lignin.

Cellulosa bildar långa fibrer i trä

 

Mellan 40 och 45 % av träets vikt består av cellulosa. Cellulosa är en kolhydrat på samma sätt som socker. Till skillnad från vanligt socker är cellulosa en polymer. Det betyder att den består av väldigt många likadana så kallade repeterande enheter. I cellulosa är den repeterande enheten kolhydraten glukos. Cellulosa är den mest förekommande organiska polymeren på jorden. En cellulosamolekyl innehåller omkring 10 000 glukosenheter.

 

Cellulosa bildar vätebindningar med vatten. Det gör att cellulosa kan binda vatten och att vi kan använda hushållspapper för att torka upp vatten vi råkat spilla ut. Cellulosa finns inte bara i trä utan också i vissa gräs, till exempel bambu, i bomullsplantan och i det havslevande djuret sjöpung. Människans matspjälkningssystem kan inte bryta ned cellulosa. Om vi äter cellulosa passerar den genom magen. Däremot kan kor och getter bryta ned cellulosa och använda energin. I naturen är det svampar och bakterier som bryter ned cellulosan i ett nedfallet träd.

 

Hemicellulosa knyter samman cellulosafibrerna

Hemi är grekiska och betyder ’halv’. Hemicellulosa betyder alltså ’halvcellulosa’, något som påminner en del om cellulosa men som ändå inte riktigt är det. Hemicellulosa är inte en specifik molekyl, utan en grupp av olika molekyler. De byggs också upp av sockerenheter men inte bara glukos. En hemicellulosamolekyl har omkring 200 enheter och är alltså mycket kortare än en cellulosamolekyl. Hemicellulosa utgör omkring 25–35 % av träets vikt. Någon storskalig användning av hemicellulosa finns inte idag, men forskning pågår. En produkt som tillverkas av hemicellulosa är xylitol som används som sötningsmedel i sockerfria tuggummin.

Lignin binder samman cellulosa och hemicellulosa

Lignin är den tredje stora polymeren i trä. Av träets vikt utgörs omkring 20–25 % av lignin. Ligninets uppgift är att ge stadga åt träet genom att hålla samman cellulosan och hemicellulosan ungefär som betong runt armeringsjärn i en betongbro. Utan lignin skulle träd blåsa omkull. Lignin gör att trä har en gulbrun färg. Förutom cellulosa, hemicellulosa och lignin finns en rad andra ämnen i trä. Ett exempel är kåda

Pappersmassa är ett viktigt och användbart halvfabrikat

 

Trä är ett användbart byggmaterial. Det går också att göra helt andra material, till exempel papper, från trä. Det första steget är att göra pappersmassa. I Sverige används främst träflis från gran, tall och björk som råvara. Vid tillverkning av pappersmassa friläggs fibrerna. Det kan göras på olika sätt. I en mekanisk massaprocess bearbetas träet tillsammans med vatten. Tanken är att allt som finns i träet också ska finnas kvar i massan. Massan innehåller alltså både cellulosa, hemicellulosa och lignin. Tidningspapper är oftast gjort av mekanisk massa och kan göras tunt utan att man ser igenom det. Det gulnar snabbt på grund av ligninet, framförallt i solljus.

 

I en kemisk massaprocess kokas istället träet med olika kemikalier. Vid tillverkningen av kemisk massa avlägsnas ligninet från fibrerna. Det görs för att fibrerna ska bli mer flexibla och inte brytas ner så snabbt. Den vanligaste kemiska massaprocessen kallas för sulfatprocessen. I sulfatprocessen kokas träet i en lösning av natriumhydroxid och natriumvätesulfid. Det mesta av ligninet och omkring hälften av hemicellulosan löses upp i kokningen. Efter kokningen tvättas massan noggrant. Ofta bleks den sedan med klordioxid och väteperoxid.

Om du åker förbi i närheten av en sulfatmassafabrik kommer du säkert känna en speciell lukt från fabriken. Det som luktar är olika svavelföreningar, till exempel vätesulfid. Svavelföreningar har ofta en stark lukt så det behövs väldigt lite för att man ska känna lukten.

 

 

Pappersmassa kan också göras av returpapper

Pappersmassa kan också framställas genom att samla in returpapper som löses upp och bearbetas. Statistiskt sett kan cellulosafibrerna återanvändas upp till sex gånger. Sedan är de för trasiga för att ge ett tillräckligt starkt papper. Eftersom till exempel hushållspapper och toalettpapper inte återvinns bör dessa tillverkas av returpapper.

Av pappersmassa kan man göra många olika produkter

 

Papper tillverkas av pappersmassa. Massan blandas med stora mängder vatten och mals i en kvarn och kallas sedan mäld. Mäld betyder ”det som blivit malt”. Mälden spolas ut på en så kallad viraduk i en pappersmaskin där mycket av vattnet tas bort. Pappret pressas sedan mellan flera tunga cylindrar och torkas med varmluft. En maskin för tillverkning av toalettpapper är förhållandevis liten och kort. En kartongmaskin är mycket större och kan vara över 100 m lång och uppemot 10 m bred.

 

Ofta anges vilken ytvikt ett papper har. Med det menas hur många gram en kvadratmeter av pappret väger. Ett normalt kopiatorpapper väger till exempel 80 g/m². Papper med en ytvikt över 250 g/m² benämns kartong. Vanliga användningsområden för kartong är mjölkpaket och förpackningar för frukostflingor.

Papper där hög styrka är viktigt görs av barrvedsmassa. De långa fibrerna ger extra hållfasthet. I kopiatorpapper använder man hellre lövvedmassa med korta fibrer som ger en jämnare tryckyta. Det går också att gjuta pappersmassa till olika former. Äggkartonger görs på detta vis.

Det är inte bara papper som tillverkas av massa. Även hygienprodukter såsom tamponger nyttjar ofta massa som råvara. Oftast används då en pappersmassa som nästan bara består av cellulosa.

Om vi på kemisk väg  löser upp cellulosa och sedan fäller ut den igen får vi olika nya material. Rayon och viskos är några exempel som används i kläder. Kanske har du ett plagg på dig just nu vars råvara i själva verket är skog från Sverige? Cellulosan kan också användas för att tillverka så kallade cellulosaderivat. Du träffar dagligen på cellulosaderivat av olika slag. De används till exempel i tandkräm och i falukorv, till korten i vissa kortlekar och i pingisbollar.

 

Trä som framtidens råvara

Vårt samhälle håller på att ställas om från fossila till förnybara resurser. Det ökar intresset för trä som råvara. Massa- och pappersbruken håller också på att utvecklas så att många olika produkter tillverkas på ett och samma ställe. Förutom massa och papper kan också el och biobaserad fjärrvärme produceras. Kanske kan spillvärme användas för att odla fisk eller tomater, gurkor och exotiska frukter i ett växthus. Även vanillin och xylitol kommer från trä och det går att tillverka alltifrån såpa till talldiesel och tallbensin. Denna utveckling kommer att fortsätta.

Quiz - Cellulosa

Ämne som används för att bleka pappersmassa.

Tidningspapper gulnar snabbt på grund av att det innehåller detta ämne.

Vad består trä tillstörsta delen av?

Vad kallas en molekyl som består av många mindre enheter?

10 000 enheter av den här molekylen bygger upp cellulosa.

Ämne som ger stadga åt träet och har en gulbrun färg.

Vad menas med att ett ämne är organiskt?

Utan dessa hade träd inte kunnat vara så stora och stabila.

Detta är en grupp av olika molekyler. Används bland annat vid tillverkning av sötningsmedlet xylitol.

Hur ser vårveden i en trästam ut?

Uppgifter - Cellulosa

Förklara och beskriv
  1. Förklara hur trädets årsringar bildas.

  2. Varför brukar virke från barrträd vara mjukare än virke från lövträd?

  3. Vad är det för skillnad mellan vårved och sommarved?

  4. Förklara hur en polymer är uppbyggd. 

  5. Hur kommer det sig att cellulosa är bra på att binda vatten?

  6. Vad är det för skillnad mellan cellulosa och hemicellulosa?

  7. Vilken funktion har lignin i trä?

  8. Beskriv den mekaniska massaprocessen.

  9. Beskriv den kemiska massaprocessen.

  10. Vad händer med fibrerna i pappersmassan när ligninet tas bort?

  11. Varför kan pappersfibrer bara återvinnas upp till sex gånger?

  12. Förklara hur det går till när pappersmassa blir till papper.

  13. Vad innebär ytvikt?

  14. Varför används barrvedsmassa till papper med hög styrka?

  15. Varför används lövvedsmassa till kopiatorpapper?

  16. Vilka andra användningsområden har cellulosaderivat?

Argumentera och resonera
  1. Med hjälp av årsringarna kan vi räkna ut hur gammalt ett träd är. Hur kommer det sig att två träd av samma art och som har lika tjock stam ändå kan vara olika gamla?

  2. Varför växer inte träden på vintern?

  3. Varför bleks pappersmassan?

  4. Växters celler har cellväggar. Det har inte djurceller. Vilka fördelar och nackdelar finns det med att ha celler med cellvägg?

  5. Vilka naturvetenskapliga argument finns för och/eller emot följande påståenden:

    a) Mekanisk pappersmassa är bättre än kemisk pappersmassa.

    b) Vi använder för mycket papper i Sverige.

    c) Vi borde använda skogen som råvara i fler produkter. 

    d) Det är mer miljövänligt att köpa kläder gjorda av viskos än att köpa kläder av bomull. 

Ta reda på
  1. Titta på olika växtceller i mikroskop. Ta reda på vilka delar växtcellerna är uppbyggda av och vilka funktioner de olika delarna har.

  2. Ta reda på vilka träslag som används i olika träprodukter som tex. tändstickor, trägolv, möbler, husbyggen. 

  3. Var ligger ditt närmsta massa- eller pappersbruk? Vilka produkter tillverkar de där?

  4. Vilken ytvikt har de papper du använder i skolan? Jämför vitt kopieringspapper och färgade  pappersark.