• Ei tuloksia

Sekundääriseinä- ja välilamelliligniinin eristys

N/A
N/A
Info
Lataa
Protected

Academic year: 2022

Jaa "Sekundääriseinä- ja välilamelliligniinin eristys"

Copied!
91
0
0

Kokoteksti

(1)

JUHA SORVARI

SEKUNDÄÄRISEINÄ- JA VÄLILAMELLILIGNIININ ERISTYS

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 16.03.1982.

Työn valvoja : vs.prof. J.E. Laine Työn ohjaaja: dos. A. Klemola

(2)

Tämä diplomityö tehtiin Teknillisen korkeakoulun puu- kemian laboratoriossa touko-joulukuussa 1981 vs.prof.

J.E. Laineen johdolla. Työ rahoitettiin Suomen Akate­

mian myöntämällä tutkimusapurahalla.

Haluan kiittää prof. E. Sjöströmiä, vs.prof. J.E. Lai­

netta sekä dos. A. Klemolaa mielenkiintoisesta aihees­

ta ja työn aikana saamastani ohjauksesta. Lisäksi kii­

tän apul.prof. P. Markkasta (TKK : n kemian osasto), dipl.ins. J. Karhusta (VTT:n metallurgian laboratorio) sekä Keskuslaboratorio Oy:n henkilökuntaa työn eri vaiheiden suorittamisessa saamastani avusta.

Espoossa 16.03.1982

Juha Sorvari

(3)

Sekundääriseinä- ja välilamelliligniinin eristys 1982, 83 s.

Työn valvoja: vs.prof. J.E. Laine Juha Sorvari

TIIVISTELMÄ Tässä diplomityössä pyrittiin eristämään puukuidun sekundäärisei- nää ja välilamellia sekä tutkimaan mahdollisuuksia niiden sisältä­

mien ligniinien puhdistamiseksi oheiSaineista entsymaattisella hydrolyyslllä tai liuottamalla. Myös ligniinien eroavuuksia pyrit­

tiin karakterisoimaan.

Ensin puu jauhettiin niin hienojakoiseksi, että sekundääriseinä ja välilamelli irtautuivat toisistaan omiksi fraktioikseen. Kokeil­

luista jauhatustavoista suihkumyllyjauhatus + kuivahajotus -196

°C:ssa osoittautui parhaaksi.

Kuituseinäfraktioiden erottamiseksi puujauhosta kokeiltiin hiukkas- koko- ja ominaispainoeroihin perustuvia menetelmiä, joista paras oli sentrifugointi eri ominaispainon omaavissa nesteissä. Nesteet valmistettiin paraksyleeniä ja hiilitetrakloridia sekoittamalla.

Sentrifugoimalla saatiin sekundääriseinäfraktio ligniinipitoisuu- deltaan 24,5 % ja välilamellifraktio ligniinipitoisuudeltaan 49,8 % Ominaispainot olivat vastaavasti 1,465 ja 1,430 sekä saannot 1,11 * ja 0,62 %.

Hiilihydraattien entsymaattisessa hydrolyysissä sekundääriseinä- fraktion ligniinipitoisuus saatiin nousemaan 40,5 %:iin ja väli- lamellifraktion 68,0 %:iin. Näin saatujen preparaattien ligniinejä liuotettiin eri liuottimiin. Paras emäksinen liuotin, 2 N NaOH, liu otti 17,1 % sekundääriseinälignilnistä ja 19,3 % välilamellilig- niinistä. Dioksaani-vesi liuotti vastaavasti 11,8 % ja 4,1 %.

Käsittelemättömien ja entsyymikäsiteltyjen kuituseinäfraktioiden monosakkaridikoostumukset määritettiin kaasukromatografisesti si- lyloiduista näytteistä. Välilamellifraktio sisälsi suhteellisesti enemmän arabinoosia, galaktoosia ja ksyloosia. Arabinoosin ja ga- laktoosin osuudet kasvoivat entsyymikäsittelyssä, mikä osoittanee ko. sokereiden olevan sitoutuneina ligniiniin.

Molekyylimassajakaumat määritettiin käsittelemättömien fraktioi­

den 0,5 N NaOH:iin liuenneista ligniineistä geelikromatografises- ti. Jakaumat koostuivat kahdesta huippukohdasta, toinen alle 1000 ja toinen yli 10 000. Jakaumat olivat lähes samanlaisia, mikä joh­

tunee siitä, että ne edustavat vain n. 10 %:a fraktioiden lignii­

neistä eli helppoliukoisimman osan partikkelien pinnoilta.

IR-spektrit ajettiin käsittelemättömistä, entsyymikäsitellyistä sekä NaOH:iin liuottamalla saaduista näytteistä. Spektrien perus­

teella välilamelliligniini sisälsi enemmän konjugoitumattomia ke­

toni- ja karboksyyliryhmiä sekä parasubstituoituja aryyliketoneja kuin sekundääriseinäligniini, joka oli lähempänä MWL:iä.

(4)

1. JOHDANTO !

2. PUUKUIDUN RAKENNE 2

2.1 Kuitukerrosten hienorakenne 3

2.1.1 Sekundääriseinä 3

2.1.2 Yhdistetty välilamelii 4

2.2 Puusolujen kemialllinen koostumus 5

2.2.1 Ligniinipitoisuus 5

2.2.2 Ligniinien kemialliset eroavuudet 6 2.2.3 Hiilihydraattikoosturnus 7 2.2.4 Ligniini-hiilihydraattisidos 9

3. KUIDUN KERROSTEN ERISTÄMINEN Ю

3.1 Eristys termomekaanisesta massasta 10 3.2 Eristys hienoksi jauhetusta puusta 13 3.3 Eristys mikroskooppisesti 16 4. NATIIVILIGNIINIÄ LÄHELLÄ OLEVAT LIGNIINIPREPA-

RAATIT 13

4.1 Björkman-ligniini 18

4.2 Entsymaattisesti eristetty ligniini 20

5. LIGNIININ LIUKOISUUS 23

5.1 Ligniiniliuottimet 23

5.2 Liukoisuus keittokemikaaleihin 25

6. KOKEIDEN SUORITUS 27

6.1 Hakkeen käsittely 27

6.2 Jauhatuskokeet 28

6.2.1 Kuulamyllyjauhatus 28

6.2.2 Wiley-myllyjauhatus 28

(5)

6.2.5 Kuivahajotus 31

6.3 Puujauhon fraktiointi 32

6.3.1 Seulonta 32

6.3.2 Suodatus 32

6.3.3 Ultrasuodatus 33

6.3.4 Sedimentointi 33

6.3.5 Fraktiointi ominaispainogradientti- kolonnilla 34

6.3.6 Sentrifugointi 36

6.4 Entsymaattinen hydrolyysi 38

6.5 Ligniinien liuotus 39

6.6 Soluseinäfraktioiden analysointi 41

6.6.1 Ligniinipitoisuus 41

6.6.2 Suhteellinen monosakkaridikoostumus 42 6.6.3 IR-spektroskooppiset määritykset 43

6.6.4 Molekyylimassajakaumat 43

6.7 Mikroskopia 43

6.7.1 Valomikroskooppitarkastelu ja -valokuvaus 43 6.7.2 Elektronimikroskooppikuvaus 44 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU 45

7.1 Puun jauhautuminen 4 5

7.2 Puujauhon fraktioituminen 46

7.2.1 Seulonta 46

7.2.2 Suodatus ja ultrasuodatus 47 7.2.3 Sedimentointi 49

7.2.4 Erottuminen ominaispainogradientti-

kolonnissa 49

(6)

7.4 Suhteelliset monosakkaridikoostumukset 62

7.5 Ligniinien analysointi 63

7.5.1 Liukoisuus 63

7.5.2 Molekyylimassajakaumat 64

7.5.3 IR-spektrit 66

8. JOHTOPÄÄTÖKSET 68

KIRJALLISUUSLUETTELO 71

LIITE 1

(7)

1. JOHDANTO

Nykyisin käytössä olevissa puumassan valmistusmenetelmis­

sä delignifioituminen tapahtuu aluksi pääasiassa kuitu- seinästä ja vasta myöhemmässä vaiheessa kuituja yhteen si­

tovasta välilamellista. Päinvastainen järjestys eli kuitu­

jen erottaminen toisistaan välilame11ia heikentämällä oli­

si kuitenkin toivottavampi.

Keittoprosessien kehittäminen tähän suuntaan edellyttää sekundääriseinä- ja välilamelliligniinin kemiallisten ero­

jen tuntemista ja tämä puolestaan kuitukerrosten eristys- menetelmää, jolla saataisiin analyyseihin riittävä määrä kemiallisesti muuttumatonta sekundääriseinää ja välilamel-

lia.

Tässä työssä pyritään löytämään puun jauhatusmenetelmä, jossa sekundääriseinä ja välilamelli irtautuisivat toisis­

taan sekä fraktiointimenetelmä, jolla irtautuneet kuidun kerrokset pystyttäisiin erottamaan puujauhosta riittävän puhtaina. Ligniinin eristämiseksi näin saaduista fraktiois­

ta kokeillaan entsymaattista hiilihydraattien hydrolysoin- tia ja liuotusta ligniinispesifisiin liuottimiin. Mikäli eristys onnistuu, tehdään ligniineille mm. spektroskooppi­

sia määrityksiä ja molekyylimassajakaumamääritykset.

(8)

2. PUUKUIDUN RAKENNE

Puukuidun seinä on muodostunut useista erilaisista kerrok­

sista. Kerrokset eroavat toisistaan fysikaalisten ominai- suuksiensa sekä kemiallisen koostumuksensa puolesta. Kui­

tuja pitää yhdessä välilamelli, kuva 1 /1/.

W kyhmykerros, kyhmyjen lä­

pimitta 0,01. . . 1 yum

S2 sekundääriseinän sisäker­

ros, n. 0,1 yum

S2 sekundääriseinän keskiker­

ros , 1... 5 yum

S-^ sekundääriseinän ulkoker­

ros , 0,1... 0,3 pn

P primääriseinä, 0,1... 0,2 jjia ML välilamelli, 0,1... 1 ^um, so­

lujen kulmissa paksumpi

Kuva 1. Kaaviokuva puukuidun seinän rakenteesta sekä ker­

rosten paksuudet /1,2/.

Kuvassa 1 esitetty rakenne pätee useimpiin solutyyppeihin sekä havu- että lehtipuissa. Kuitenkin esim. ydinsäteiden tylppysolut ja reaktiopuun trakeidit poikkeavat siitä. Li­

säksi kuusen soluista puuttuu kyhmykerros /1/.

Kerroksia S^, S2 ja S^ kutsutaan yhteisnimityksellä sekun-

(9)

dääriseinä ja kahden vierekkäisen kuidun väliin jäävää kerrosta, johon kuuluu välilamelli ja kaksi primääriseinää kutsutaan yhdistetyksi välilamelliksi.

2.1 Kuitukerrosten hienorakenne

2.1.1 Sekundääriseinä

Sekundääriseinän keskikerros 82/ joka muodostaa pääosan puukuidusta (n. 74__ 84 %), koostuu kuidun akselia jyrkäs­

sä spiraalissa kiertävistä selluloosatibrilleistä sekä lig niinistä ja hemiselluloosista /3/. Selluloosafibrillit ra­

kentuvat nauhamaisista mikrotibrilleistä ja kukin mikrofib rilli 2...4 alkeisfibrillistä. Mikrofibrillit ja niitä ym­

päröivä ligniini-hemiselluloosa-aines näkyvät kuidun poik­

kileikkauksessa 7... 10 nm paksuisina ja 8...20 nm levyisi­

nä tangentin suuntaisina lamelleina, kuva 2 /4,5,6/.

(10)

Elektronimikroskooppikuvien perusteella selluloosamikrofib- rillit muodostavat yhtenäisen verkoston, johon ligniinila- mellit ovat hajaantuneet /4/. Hemiselluloosista on ehkä n.

1/3 mikrofibrillien ympärillä ja n. 2/3 ligniinilamelleis- sa /6/. Toisaalta on kuitenkin havaittu, että mikrofibril- lejä ympäröi yhtenäinen ligniinikerros eikä siis puhdasta hemiselluloosaa. Tämän perusteella taas ligniini muodostai­

si yhtenäisen verkoston, johon selluloosa olisi hajaantu­

neena /7/.

Sekundääriseinän ulkokerros S1 ja sisäkerros S3 poikkeavat S2~kerroksesta siinä, että ne ovat ohuempia ja että mikro-

fibrillien muodostamat lamellit kiertävät kuidun akselia vuoroin oikealle ja vasemmalle 50...90 :een kulmassa /3,8/.

Toisilla puulajeilla tavataan S3~kerroksen pinnalla erilai­

sia kierremäisiä ja rengasmaisia mikrofibrillikimppujen muodostamia paksunnoksia /1,8/.

2.1.2 Yhdistetty välilamelli

Välilamelli on kuitujen välissä oleva amorfinen kerros, jo­

ka ei kuulu varsinaiseen soluseinään. Se on alkujaan solu- välinen jakoseinä ja sisältää kasvuvaiheessa pektiiniä, myöhemmin pääasiassa ligniiniä /8/. Välilamellilla ei ole

sekundääriseinän tapaista lamellirakennetta /9/.

(11)

Primääriseinä on ohut kerros, jonka muodostaa amorfisessa väliaineessa oleva harva mikrofibrilliverkko. Mikrofibril- lit ovat seinän ulkokehällä hajallaan, sisäkehällä ne kul­

kevat lähes poikittain kuidun pituusakseliin nähden. Pri- määriseinässä ei myöskään ole lamelleja /10/.

2.2 Puusolujen kemiallinen koostumus

2.2.1 Ligniinipitoisuus

Havupuutrakeidin ligniinipitoisuus on n. 26,4 %, ydinsäde- tylppysolujen n. 40 % ja ydinsädetrakeidien n. 28 % /11/.

Koivun kuiduissa keskimääräinen ligniinipitoisuus on 19...

22 % ja putkiloissa 24...28 % /12/. UV-mikroskooppiteknii- kalla määritetyt ligniinin jakautumat sekundääriseinän S

ja yhdistetyn välilamellin ML välillä kuusen trakeideissa sekä koivun soluissa nähdään taulukoista 1 ja 2.

Taulukko 1. Ligniinin jakautuminen kuusen trakeidissa /11/.

Wood

Morphological differentia­

tion

Relative absorbance

Tissue volume fraction

%

Lignin (% of total)

Lignin concentration

g/g

KarlywcMxl s i 87.4 72.1 0.225

ML(r). (t) 2.21 8.7 15.8 0.497

ML(cc) 3.77 3.9 12.1 0.848

Late wood S 1 93.7 81.7 0.222

ML(r), (t) 2.7 4.1 9.7 0.1)0

ML(ec) 4.5 ¿o 8.0 1.00

S Secondary wall, ML Middle lammella, г radial, t tangential.ee cell corner

(12)

Taulukko 2. Ligniinin jakautuminen koivun soluissa /12/.

Element Morphological

D-.tfcrentiatiun Type «f Lignin «1*

cm"' 1 g-‘ J

<l< Q

S Í

>T"™‘

Volume I U$mn Concentration 6/8

S . ,mnevl 4 5 i , 73 4 599 0.l6e)—0.19**)

Fibre

ML(r.t) 2 synngvl-guâiacyl («:»>

46 2.1 $ 2 89 034—О4З

ML (cc) 3 svringvl-guaiacyl (1:1)

j юз 4 5 24 8.8 0.72—0.85

Veud S 4 suaiavyl 15 6 * 4.8 14 8.2 94 0 22—0.27

ML S ¿uiucyl 15.6 ; 2.2 0.8 *•5 0 3$—0 42

Ruy CvU s 6 syrmçyl 4-5 1 t.4 M ,o° 114 oï* 0 27

Calculated uvn¿ xylcm lignin отеле of 3.194 < z

■•) Calculated usuig xylcm '.’gain contest vt 0.231 g g

Havupuussa välilamellin ligniinipitoisuus on n. 85 s ja primääriseinän n. 45 % /11/. Myös sekundääriseinässä lig­

niinipitoisuus vaihtelee eri kerroksissa ollen keskikerrok­

sessa alhaisin /13,14/ ja sisäkerroksessa korkein /15/.

2.2.2 Ligniinien kemialliset eroavuudet

Havupuiden sekundääriseinäligniinissä on vapaita fenolista hydroksyyliryhmiä noin kaksinkertainen määrä välilamelli-

ligniiniin verrattuna, edellisessä n. 0,12 ja jälkimmäises­

sä n. 0,06 PhOH/Cg /16,17/. Kemiallisen massan valmistukses­

sa nämä määrät nousevat; esim. sulfiitti- ja sulfaattimas- saan jäävässä ligniinissä on fenolisten hydroksyyliryhmien määrä n. 1,3-kertainen sekundääriseinässä ja n. 2-kertai- nen välilamellissa verrattuna natiiviin puuhun /18/.

Välilameliiligniini eroaa sekundääriseinäligniinistä myös siinä, että se on huomattavasti suurimolekyylisempää /19, 20/. Pieniä eroja on havaittu myös kondensoitumisasteessä;

(13)

nitrobentseenihapetukse11a on saatu sekundääriseinälignii­

nistä 20,1 % ja välilameliiligniinistä 19,4 % vanilliinia.

Sädesolujen ligniini on edellisiä selvästi Kondensoituneem- paa, koska vanilliinisaanto siitä on vain 11,2 %. Konden­

soituminen on voimakkainta bentseenirenkaan 5- ja 6-hiilis- sä /21/.

Lehtipuiden eri morfologisten alueiden ligniineissä on li­

säksi selviä eroja metoksyylipitoisuuksissa. Esim. koivun putkilosolujen sekundääriseinä sisältää pääasiassa guaja- syyliligniiniä, kuitujen ja ydinsäteen parenkyymisolujen sekundääriseinä puolestaan syringyyliligniiniä. Putkiloja ympäröivä välilamelli sisältää guajasyyliligniiniä kun taas kuitujen ja ydinsädesolujen välilamelli guajasyyli- ja sy­

ringyy li ligniiniä n. 1:1 /22,23/.

2.2.3 Hiilihydraattikoosturnus

Solukerrosten hiilihydraattikoostumuksia on määritetty mm.

eri kasvuvaiheessa olevista soluista /24/, kuumahierteen (TMP) kuitu- ja hienojakeesta /25/ sekä mikroskooppisesti erotetuista solukerrosfraktioista /26/. Näin saadut suhteel­

liset monosakkaridikoostumukset esitetään taulukossa 3. Il­

moitetut koostumukset vaihtelevat eri määrityksissä huomat­

tavasti. Erot johtunevat paitsi solukerrosfraktioiden eri­

laisista eristystavoista ja näytteiden edustavuudesta myös eri analyysimenetelmistä ja pienistä ainemääristä.

(14)

Taulukko 3. Kuusen (Picea abies) kuidun sekundääriseinäl- le ja välilamellille sekä koko puulle määritet­

tyjä suhteellisia monosakkaridikoostumuksia.

Ara Gäl Glu Ksy Man

Sekundääriseinä 3,2 4,8 65,0 10,8 16,2 a)

II 1,2 - 70,7 9,0 18,3 b)

II - - 72,5 8,2 19,3 c) x)

Puu 3,3 3,6 60,9 12,6 19,7 a)

II 2,1 2,7 66,9 10,1 18,3 b)

M 2,0 1,9 69,6 8,3 18,2 c)

Yhdistetty välilam. 7,3 7,6 57,4 10,1 17,6 a)

Il 3,2 4,1 63,6 11,9 17,2 b)

II 31,7 17,0 36,6 8,3 6,4 c)

a) kaasukromatografinen määritys trifluoroasetaatteina /26/.

b) kaasukromatografinen määritys alditoliasetaatteina /25/.

c) paperikromatografinen erotus ja määritys hydrolysoiduis­

ta näytteistä /24/.

x) laskettu Meierin /24/ ilmoittamista tuloksista olettaen yhdistetyn välilamellin osuudeksi solusta 11 %.

Taulukosta 3 voidaan todeta yhdistetyn välilamellin sisäl­

tävän suhteellisesti eniten arabinoosia ja galaktoosia ja vähiten glukoosia. Ksyloosin ja mannoosin osuudet ovat yh­

distetyssä välilameliissa lähes yhtäsuuret kuin sekundää- riseinässä paitsi Meierin /24/ tuloksissa. Tämä poikkeama johtunee pektiiniaineksen suuresta määrästä Meierin eris­

tämässä välilamellissa.

(15)

Hemiselluloosien jakautumista sekundääriseinän eri kerrok­

sissa ei toistaiseksi varmuudella tiedetä. Kuusikuituja eri hemiselluloosille spesifisillä entsyymeillä käsiteltäessä on havaittu Sja S2~kerroksen sisältävän enemmän galakto- glukomannaania kuin S2"kerroksen. Arabinoglukuroniksylaa- nipitoisuuden väitetään olevan korkein S3-kerroksessa se­

kä kaikkien hemiselluloosien pitoisuuden alhaisin S2~kerrok- sen keskivaiheilla /27/.

2.2.4 Ligniini-hiilihydraattisidos

Ligniini-hiilihydraattikompleksin (LCC) olemassaolo on ha­

vaittu siitä, että ligniinipreparaatit sisältävät tavalli­

sesti aina jonkin verran hiilihydraatteja. LCC: n kemiallis­

ta koostumusta voidaan tutkia puun hiilihydraattien entsy- maattisessa hydrolyysissä liukenemattomasta materiaalista, koska entsyymit eivät katkaise ligniinin ja hiilihydraatti­

en välisiä kovalenttisia sidoksia /28/. Tavallisimpia sidok­

sia LCC:ssä ovat arabinoglukuroniksyläänin arabinoosi- sekä galaktoglukomannaanin galaktoosisivuhaarojen ja ligniinin väliset sidokset /29,30/.

Viimeisten tutkimusten mukaan on kuitenkin todennäköistä, että kaikki hemiselluloosien sisältämät monosakkaridityy­

pit ovat jossain määrin sitoutuneena ligniiniin. Arabinoo­

si- ja ksyloosiyksiköt liittyvät 2- tai 3-asemistaan ja ja galaktoosiyksiköt 3-asemistaan eetterisidoksin sekä

(16)

4-O-metyyliglukuronihapporyhmät bentsyyliesterisidoksin ligniiniin. Arabinoosiyksiköt voivat liittyä myös 4-ase- mistaan ja galaktoosiyksiköt 2-, 4- tai 6-asemistaan /28/.

Galaktoglukomannaanin glukoosi ja mannoosi voivat sitoutua 2-, 3- tai б-asemistaan ligniiniin. Glukoosiyksiköiden suh­

teellisesti suurempi määrä LCCrssä antaa kuitenkin aiheen olettaa, että myös selluloosa olisi sitoutuneena lignii­

niin /28,31/.

Ligniini-hiilihydraattisidosten määristä ja laadusta puu- kuidun eri kerroksissa ei toistaiseksi ole tehty tutkimuksia.

3. KUIDUN KERROSTEN ERISTÄMINEN

3.1 Eristys termomekaanisesta massasta

Termomekaanisen massan (TMP) valmistuksessa puuhun siirre­

tään energiaa höyryn ja mekaanisen jauhamisen avulla, jol­

loin ligniini- ja hemiselluloosapitoiset kuidun ulkokerrok­

set ja välilamelli pehmenevät, mutta sei.Luloosapitoinen S2- kerros säilyttää lujuutensa. Tällöin kuidut irtautuvat koko­

naisina välilameliista tai välilamellin ja primääriseinän rajalta. Kuumahierre sisältää siis kuitujen lisäksi lähinnä välilamellista ja primääriseinästä peräisin olevaa hienoai­

nesta /32,33,34/.

(17)

jos sen sijaan kuidutus tapahtuu ligniinin pehmenemisläm­

pötilaa alemmassa lämpötilassa (RMP), rikkoutuvat kuidut myös selluloosapitoisesta sekundääriseinästä fibrilloitu- malla ja katkeilemalla, kuva 3 /35/.

Wood chips

2 T Tg

1

T Ту

R VP TMP

Kuva 3. Hakkeen kuituuntuminen jauhatuksessa /35/.

Tg : ligniinin lasiutumispiste «= pehmenemisläm­

pötila, varjostettu alue : sekundääriseinä, val­

kea alue : primääriseinä, musta alue : välilamelli.

(18)

TMP :tä tai tehosekoituksella kuidutettua massaa on sitten fraktioitu kuitu-, sädesolu- ja hienoainejakeisiin kuvan 4 esittämällä menetelmällä, joka perustuu eroihin partikkelien koossa ja s e dimen toitumisnopeuksissa /21,25/.

sieve 500 um'

sieve 50 цш'

standing over night

sieve 150 urn’

centrifu­

gation

sediment supernatant

fiber bundles

FIBERS FINES

thick fiber bundles

fibers and fiber bundles

TMP or disintegrated wood

crude RAY CELL fraction

* figures refer to the openings.

Kuva 4. Kuitu-, sädesolu- ja hienoainefraktioiden erotus- kaavio /21/.

Tällä menettelyllä on saatu eristettyä hienoainefraktio, jonka ligniinipitoisuus on n. 40 % ja kuitufraktio lignii- nipitoisuudeltaan n. 26 % /21,25/.

TMP: n fraktioimisessa on kokeiltu myös hydrosykIonia, mutta erottuminen siinä ei ollut läheskään yhtä hyvä kuin edel­

lä /2 5/.

(19)

Erotettavan materiaalin ominaispainoeroihin perustuvalla ominaispainogradienttikolonnilla ei TMP:tä pystytty frak­

tioimaan lainkaan /36/. Ominaispainogradienttikolonnin käyttö perustui tietoon, että ligniinin ominaispaino on

1,33...1,41 ja hiilihydraattien 1,50...1,56, jolloin myös vä­

li lame lii on korkean ligniinipätoisuutensa vuoksi sekun- dääriseinää kevyempää /37,38,39/.

3.2 Eristys hienoksi jauhetusta puusta

Jauhettaessa puuta lämpötilassa, joka on alempi kuin lig­

niinin lasiutumislämpötila Tg (130... 190 °C) , murskautuu lig- niinipitoinen välilamelli hauraampana helpommin kuin sekun- dääriseinä. Kemiallisissa kuidutusprosesseissa sen sijaan ligniiniä irtautuu ensin sekundääriseinästä ja vasta sitten välilamellista. Tämä nähdään kuvasta 5, jossa verrataan vä­

li lame Uin irtautumista kemiallisen massan valmistuksen ja mekaanisen jauhamisen välillä /40,41,20/.

Kuvan 5 esittämää jauhautumismekanismia tukee myös havain­

to, että hiukkaskoon mukaan fraktioidussa puujauhossa on hienojakoisimman fraktion ligniinipätoisuus suurin /42/.

(20)

Kuva 5. Ligniinin irtautuminen puusta kemiallisessa delig- nifioinnissa ja mekaanisessa jauhatuksessa. Vino- viivoituksen tiheys kuvaa ligniinipitoisuutta se- kundääriseinässä /20/.

Jotta välilamelli ja sekundääriseinä saataisiin eroamaan toisistaan, on puu jauhettava niin hienojakoiseksi, että väli lame Hipar tikke lien paksuus olisi ainakin alle 1,0 улп

(= välilamellin paksuus) ja sekundääriseinäpartikkelien paksuus alle 25... 30 yum (= kuidun paksuus) tai mieluummin niin, että koko jauhettu materiaali olisi partikkelikooltaan alle 1,0 yum. Sekundääriseinän sisältämien n. 9 nm paksujen ligniinilamellien eristäminen jauhamalla omaksi fraktiok- seen onkin jo huomattavasti vaikeammin toteutettavissa.

Kuulamyllyjauhatuksella saadun puujauhon keskimääräinen partikkelikoko on tavallisesti 20... 50 yum ja erittäin in­

tensiivi se Häkin jauhatuksella yli 10 yarn /43,44/. Kuu1а- myllyjauhatus ei näin ollen ole erityisen hyvä menettely esim. välilamellin eristykseen kuidusta, varsinkaan, kun

(21)

sillä on taipumus litistää jauhautuneita partikkeleita eikä olla varmoja siitä, tapahtuuko partikkelien irtautu­

minen välilamellin ja sekundääriseinän rajalta /44/.

VälilameUin eristämisen tehostamiseksi on puuta jauhettu jäähdyttämällä sitä nestemäisessä typessä -196 °C lämpötilaan

/36/. Jauhimina käytettiin huhmaretta, vibraatiokuulamyl- lyä sekä kartiojauhinta. Jäähdytyksellä pyrittiin lisäämään puun, eritoten välilamellin haurastumista. Saatua puujauhoa fraktioitiin ominaispainogradienttikolonni11a ja seulasar- joilla, mutta välilamellia ei näillä menetelmillä onnistut­

tu eristämään /36/.

Aivan äskettäin on välilamellia ja sekundääriseinää kuiten­

kin kyetty eristämään seuraavanlaisella menettelyllä : Puuta (Picea mariana) jauhettiin Bauer No. 730 Hurricane Pulveri­

ze r-kiekkojauh ime 11a, jauhosta otettiin talteen alle 25 yUm jae ja tämä fraktioitiin eri ominaispainon omaavissa nes­

teissä sentrifugoimalla. Nesteet oli valmistettu sekoitta­

malla hiilitetrakloridia ja 1,4-dioksaania keskenään tie­

tyissä suhteissa. Kuvista 6 a ja 6 b nähdään sentrifugoin- nissa erottuneiden fraktioiden saanto ja ligniinipitoisuus ominaispainon funktiona /45/.

(22)

% Lignin

% Lignin

§ 30 %Yield

% Yield

145 Density (g mV1)

Kuva 6. a) Pinnalle jäävän välilamellifraktion ja b) poh­

jaan painuvan sekundääriseinäfraktion saanto ja ligniinipitoisuus sentrifugointierotuksessa käyte­

tyn nesteen ominaispainon funktiona /45/.

Kuten kuvasta 6 a havaitaan, saatiin sentrifugoimalla eris­

tettyä ligniinipitoisuudeltaan n. 52 %:sta välilamellia ja n. 21 %:sta sekundääriseinää. Edellisen ominaispaino oli alle 1,420 ja jälkimmäisen yli 1,461. Sentrifugoinnissa erottui välilamellin mukana pinnalle pieni määrä materiaa­

lia, jonka ligniinipitoisuus oli vain n. 35...45 %. Tämän arveltiin olevan kutiinia /46/ ja se pystyttiin kevyempä- nä erottamaan välilamellifraktiosta, jonka ligniinipitoi- suudeksi saatiin 55...65 % /45/.

3.3 Eristys mikroskooppisesti

Mikroskooppisin menetelmin pystytään kuidun kerroksia eris­

tämään tarkemmin kuin edellä kuvatuilla muilla menetelmil­

lä, mutta hankaluutena on eristyksen hitaus pyrittäessä

%Yield

(23)

saamaan analyyseihin riittäviä ainemääriä.

Meier /24,47/ eristi mikromanipulaatietekniikkaa eli mik­

roskooppista erottelua polaroidussa valossa hyväksi käyt­

täen puun jälsikerroksesta eri kasvuvaiheessa olevia solu­

ja, jotka sisälsivät solun kerroksia tunnetuissa suhteissa.

Niistä hän määritti solukerrosten hiilihydraattikoostunnuk­

set.

Boutelje /48/ käytti välilamellin eristykseen mekaanisen massan (BMP) alle 300 meshin hienojaetta. Siitä nypittiin

talteen hiutalemaisia kappaleita, joiden kahtaistaittoky­

ky polaroidussa valossa oli pienin. Partikkelien alkuperä tarkistettiin vielä elektronimikroskoopilla ja todettiin, ettei niillä ollut sekundääriseinän fibriHoitunutta ra­

kennetta. UV-mikroskooppisesti mitatut partikkelien lig- niinipitoisuudet väittelivät välillä 38... 79 % paksuuksi­

en vaihdellessa 0,24. . .0,67 yom.

Hardellin ja Westermarkin /26,49/ kehittämässä menetelmäs­

sä erotettiin ehjiä kuituja ohuista lastuista, jotka oli osittain delignifioitu kloriitilla (n. 10 % ligniinistä poistettu). Kuiduista kuorittiin vedessä solukerroksia eril­

leen käyttäen kaksia teräviä pinsettejä ja polarisaatiosuo- timella varustettua stereomikroskooppia. Sekä yhdistettyä välilamellia että sekundääriseinää ilman S^-kerrosta kyet­

tiin eristämään hiilihydraattitutkimuksia varten.

(24)

4. NATIIVILIGNIINIÄ LÄHELLÄ OLEVAT LIGNIINIPREPARAATIT

4.1 Björkman-ligniini

Tällä hetkellä parhaimpana ligniinipreparaattina pidetään Björkman-ligniiniä (MWL), joka eristetään uuttamalla hie­

noksi jauhettua puuta dioksaani-vede1lä. MWL sisältää kui­

dun eri kerrosten ja sädesolujen ligniiniä tietyssä pal- joussuhteessä, jota ei varmuudella tiedetä /50,51/.

Whiting ja Goring /52/ ovat määrittäneet eristämistään se- kundääriseinä- ja välilameliifraktioista sekä puusta lig­

niinin liukenemisen dioksaaniin kuulamyllyjauhatuksen jäl­

keen. Liuenneen ligniinin osuudet lähtöaineen ligniinistä esitetään kuvassa 7.

Secondary WaH_

Whole Wood

Middle Lamella

Time (min)

Kuva 7. Ligniinin liukeneminen, % sekundääriseinän, koko puun ja yhdistetyn välilamellin ligniinistä /52/.

Liuotin: dioksaani-vesi (100:4).

(25)

Sekundääriseinäligniinistä liukenee siis 39,2 %, koko puun ligniinistä 32,8 % ja välilamelliligniinistä 10,4 % 24 h liuotusajan kuluttua. Kun oletetaan sekundääriseinälignii- nin edustavan n. 77 %:a ja välilamelliligniinin n. 23 %:a puukuidun ligniinistä /10/, voidaan laskea, että ko. lig­

niinien suhde MWL:ssä on 92,7:7,3.

Lehtipuusta valmistettu MWL koostuu myös suureksi osaksi sekundääriseinäligniinistä, koska sen syringyyli/guajasyy- lisuhde on lähellä sekundääriseinän vastaavaa suhdetta /53, 54/.

Dioksaaniin liukenee n. 50 % ligniinistä ja suuri osa me­

netetään vielä uuttoa seuraavassa puhdistuksessa mahdolli­

sesti hiilihydraatteihin sitoutuneena, joten lopullinen ligniinisaanto on 2...12 % ja hiilihydraattipitoisuus al­

le 2 % /50,51,43/. Suoritettaessa kuulamyllyjauhatus kui­

vana (ilman tolueenia) on päästy n. 20 %:n saantoihin /55/, kun taas kuulamyllyn jäähdyttämisellä -70.. .-120 °C:seen ei ole saantoa lisäävää vaikutusta /56/.

Paitsi alhainen saanto, on MWL:n valmistuksessa haittana ligniinin kemiallisen rakenteen muuttuminen kuulamyllyjau­

hatuksen aikana. Muutoksia aiheuttaa esim. vapaiden radi­

kaalien syntyminen sekä niiden yhteen liittymisen seurauk­

sena muodostuvat uudet C-C ja C-O-C sidokset tai ligniini- ja hiilihydraattiradikaalien yhtymiset /57/.

(26)

Myös eetterisidosten katketessa fenolisten hydroksyyliryh­

mien ja (x-karbonyylien määrä lisääntyy molekyylimassan sa­

manaikaisesti pienentyessä. Fenolista hydroksyyliryhmiä MWL: ssä on 0,195__ 0,24 PhOH/Cg sekä cx-karbonyy liryhmiä n.

0,11 CO/Cg /58/. MWL:n painokeskimääräinen molekyylimassa M on n. 10 000...20 000 /20,50,51/. Nämä arvot poikkeavat

w

kuitenkin puun natiivin ligniinin vastaavista ominaisuuk­

sista, minkä vuoksi MWL:iä ei voida pitää täysin edustava­

na ligniinipreparaattina.

4.2 Entsymaattisesti eristetty ligniini

Polysakkarideja pilkkovien entsyymien avulla voidaan pois­

taa suurin osa puun hiilihydraateista. Jäljelle jäävä ma­

teriaali on pääasiassa ligniiniä (CEL=cellulolytic enzyme lignin tai EIL=enzymatically isolated lignin). CEL edustaa natiivia koko puun ligniiniä vain vähän muuttuneena /31, 58,59/.

Entsymaattisessa hydrolyysissä tarvittava entsyymit eris­

tetään hiilihydraatteja ravintonaan käyttävistä mikro-or­

ganismeista, esim. Trichoderma-, Sporotrichum-, Pseudomo­

nas- tai Aspergillus-suvun lajeista /60/. Selluloosaa

hydrolysoiva entsyymi koostuu ainakin kolmesta komponentis ta: Endo-glukanaasi, Exo-glukanaasi ja jö-glukosidaasi /61/

Endo-glukanaasi katkoo selluloosaketjuja niiden amorfisis­

ta osista. Exo-glukanaasi pilkkoo näin syntyneistä mole-

(27)

kyyliketjujen päistä lähtien kiteistä selluloosaa sellobi- oosiksi, jonka ¿S-glukosidaasi edelleen hydrolysoi glukoo­

siksi. Hemiselluloosien hydrolyysi tapahtuu helpommin kuin selluloosan, koska ne ovat pääosin amorfisia /62/.

Puukuidussa olevan selluloosan hydrolyysiä vaikeuttaa ki­

teisen ja tiiviisti fibrilloituneen rakenteen lisäksi fib- rillejä ympäröivä ligniiniverkosto, jotka yhdessä estävät suurimolekyylisten entsyymien tunkeutumisen materiaaliin /63/. Puun hienontaminen jauhamalla ja varsinkin kideraken­

netta pehmentävä kuulamyllyjauhatus sekä turvottava NaOH- esikäsittely edistävät hydrolyysiä, taulukko 4 /31/.

Taulukko 4. Kuusen (Picea abies)hiilihydraattien hydroly­

soituminen Trichoderma viridestä eristetyllä entsyymillä /31/.

Puumateriaali Jäännös, % puusta

Wiley-myllyjauhettu, 80 mesh 93 a) 49 b)

„ 40... 60 mesh 95

Sahajauho 94

1 mm:n paksuisia lastuja 99

Kuulamyllyjauhettu 10 min 53 33

II 30 min 41

II 60 min 36

II 8 h 28

a) ei NaOH-esikäsittelyä, b) NaOH-esikäsitelty

Entsymaattisesti eristetty ligniinimateriaali uutetaan ta

(28)

vallisesti dioksaaniin ja puhdistetaan Björkmanin /50/ me­

netelmän mukaisesti. Puhdistetun ligniinin saanto kuusesta on n. 60 % ja hiilihydraattipitoisuus 4... 9 % /58/. CEL:n MWL:iä suurempi saanto johtunee osittain siitä, että lig­

niiniin sitoutuneet hiilihydraattiketjut pilkkoutuvat ent­

syymeillä lyhyemmiksi, jolloin ko. ligniini-hiilihydraatti- kompleksi tulee liukoiseksi ligniinispesifisiin liuottimiin kuten dioksaaniin. Tällöin myös CEL:n hiilihydraattipitoi­

suus on korkeampi kuin MWL: n.

CEL:n painokeskimääräiseksi molekyylimassaksi ovat Wayman ja Obiaga /64/ saaneet kuusella n. 36 000. Molekyylimassa- jakauma koostuu kahdesta pääkomponentista: 70 000... 100 000 ja 1000...3000 /64,65/. Suurimolekyylinen jae saattaa olla peräisin välilameliista ja pienimolekyylinen sekundäärisei- nästä /65/ tai pienimolekyylinen jae voi olla myös jauha­

tuksessa pilkkoutunutta ligniiniä /58/. CEL:n ja MWL:n mo­

lekyy limassa jakaumat esitetään kuvassa 8.

--- CEL-FF

< 04-

40

ELUATE (ml)

Kuva 8. Kuusi-MWL:n ja -CEL:n molekyylimassajakaumat geeli- kromatogrammeina /58/. Luvut 50 ja 96: dioksaanin pi­

toisuuksia uutossa, RF: dioksaaniin liukenematon, formamidiin liuennut ligniini.

(29)

Koska CEL:n valmistuksessa ei käytetä niin tehokasta kuu­

lamylly jauhatus ta kuin MWL:n valmistuksessa, on näin saa­

tu ligniini myös vähemmän kemiallisesti muuttunutta. CEL:

ssä onkin oc-karbonyyliryhmiä vain 0,05... 0,08 CO/Cg ja fe- nolisia hydroksyyliryhmiä 0,15...0,20 PhOH/Cg /58/.

5. LIGNIININ LIUKOISUUS

5.1 Ligniiniliuottimet

Natiivissa puussa sijaitseva ligniini ei sellaisenaan liu­

kene mihinkään liuottimeen, ellei ligniinin rakenne samal­

la muutu /31/. Kuulamyllyjauhatuksella hiilihydraattimate- riaalista osittain irrotettu ja mekaanisesti depolymeroitu ligniini liukenee jo tiettyihin orgaanisiin ja epäorgaani­

siin liuottimiin /50/. Liukoisuus huononee kuitenkin ajan mittaan, koska kuulamyllyjauhatuksessa syntyneet vapaat

radikaalit liittyvät uudelleen yhteen muodostaen suurempia molekyylejä /57,59/.

Pew'n /66/ tutkimusten mukaan kuulamyllyjauhettu puu liu­

kenee kokonaisuudessaan 2 N NaOH:iinf muurahaishappoon se­

kä kloorivetyhappoon, orgaanisista liuottimista mm. morfo- liiniin ja dimetyylisuifoksidiin. LCC:ia liuottavat vesi, etanoli, pyridiini ja metyylisellosolvi. Entsymaattinen hiilihydraattien poisto aiheuttaa ligniinin täydellisen

liukenemisen mm. metyyliseliosolviin, pyridiiniin, glyko-

(30)

liin ja dime tyyli formend, di in /66/. Dioksaani on kuitenkin tunnetuista liuottimista paras, koska se aiheuttaa ainoas­

taan vähän tai ei lainkaan kemiallisia muutoksia ligniinis­

sä /50/. Laimea dioksaanin vesiliuos liuottaa tehokkaasti myös suurimolekyylistä sekä hiilihydraatteihin sitoutunut­

ta ligniiniä /58/.

Rezanowich et ai. /67/ tutkivat dioksaaniligniinin liuke­

nemista eri liuottimiin. Tulokset ovat taulukossa 5.

Taulukko 5. Dioksaaniligniinin liukeneminen eri liuottimiin /67/. Liukoisuudet määritetty visuaalisen tar­

kastelun perusteella. Liuotusaika 24 h, +20 °C.

I : liukenematon, PS : osittain liukeneva, S : liukeneva

Solvent

s

(cal. mole)1 2

Solu­

bility Solvent ,3

(cal. mole)1 2

Solu­

bility

isopropvl ether 7-3 I earbon disulphide 10.0 I

n-hexane 7-4 I dioxanc 10.0 S

di-isobutvlcne 7-3 I acetophenone IO.I I

ethvl ether 7-5 I tetrachlorethylene 10.3 I

iso-amvl acetate 8.J I morpholine 10.6 S

it-butvl oxalate 8.S I pyridine 10 7 s

carbon tetrachloride 8.6 1 2-ni trop ropa ne 10.7 I

ethvl acrvlatc 8.8 I ethylene monoethyl ether 10.8 s

ethvl carbonate 8.8 I 2-amino-2-methy 1-1 -propanol IO.9 s

a-bromobutane 8.8 l 2-propanol 4$ I

toluene 8.9 I 2-chloroethanol I 1.6 s

di-ethvl aniline 9-0 I aniline 11.8 s

ethvl acetate 9-1 l acetonitrile 11.9 I

dichloroethvlene 91 [ triethylcne glycol * 2.3 s

benzene 9-t I ethylene diamine 12.5 s

piperidine 9-4 s nitromethane 12.6 I

methyl ethvl ketone 9-3 I dimethyl sulphoxide I 2.6 s

chloroform 93 1 ethanol 12.7 I

chlorobenzene 9-3 1 ethylene glycol 14.2 PS

heptaldehvde 9 3 I methanol >4-3 I

acetic acid I butvrolactone 13-5 s

ethyl cinnamatc 9-7 I n-butvl phosphate 16.4 PS

diphenvl ether 9-S I glycerine 16.5 I

nitrobenzene 1 2.C I formamide 20.5 S

acetone 10.3 1 water 434 I

(31)

Taulukossa 5 esitettyjen liuotuskokeiden tuloksia ja kun­

kin liuottimen koheesioenergiatiheyttä vertaamalla tullaan siihen johtopäätökseen, että korkean koheesioenergiatihey- den omaavat liuottimet ovat yleisesti ottaen parhaita lig­

niini liuottimia /6 7/.

5.2 Liukoisuus keittokemikaaleihin

Kuvassa 9 vertaillaan sekundääriseinä- ja välilameliilig­

niinin liukenemista tavanomaisissa keittoprosesseissa ja kloorikäsittelyssä. Sekundääriseinäligniini liukenee var­

sinkin keiton alkuvaiheessa nopeimmin. Kloorikäsittelyssä molemmat ligniinit liukenevat yhtä nopeasti /68/.

ACID NEUTRAL ACID

SULPHITE SULPHITE CHLORITE

5 60

0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80

% DELIGNIFICATION OF WOOD

Kuva 9. Ligniinin liukeneminen kuusitrakeidin sekundääri- seinästä ja välilameliista erilaisissa delignifioi misprosesseissä /68/.

Heksametyleenidiamiini (HMDA) on tunnetuista keittokemikaa leista tehokkain ligniinin liuotin; sen vaikutuksesta lig­

(32)

niini liukenee lähes 100 % : sesti hiilihydraattien jäädessä jäljelle /69/. Tutkimukset HMDA:n vaikutuksista kuituun ovat kuitenkin vielä kesken eikä eroja delignifioitumis- nopeuksissa kuitukerrosten välillä ole määritetty.

Sekundääriseinäligniinin parempi liukoisuus polaarisiin liuottimiin kuten tavanomaisiin keittokemikaaleihin johtuu sen morfologisen sijainnin ja pienemmän molekyylimassan lisäksi lähinnä suuremmasta fenolisten hydroksyyliryhmien pitoisuudesta välilameliiligniiniin verrattuna /70/. Feno­

listen hydroksyyliryhmien vähyys aiheuttanee sen, että vä­

li lamel li ligniini ei ole niin hydrofiilistä kuin sekundää­

ri seinä ligniini ja voisi siksi liueta helpommin epäpolaa- risiin liuottimiin /16/.

(33)

6. KOKEIDEN SUORITUS

6.1 Hakkeen käsittely

Kokeisiin käytettiin n. kaksi vuotta aikaisemmin kaadettua kuusta (Picea abies), josta vuosilustot 30 :stä 40 :een oli haketettu laboratorionakkuri11a n. 2 mm paksuiksi palasik­

si. Hakkeen kuiva-ainepitoisuus oli n. 94 %.

Hakkeesta erotettiin käsin oksakohdat ja pihkaiset osat.

Tämän jälkeen se hienonnettiin Wiley-myllyssä 1,0 mm:n reikäseulan läpi. Näin saadusta puusta poistettiin uuteai- neet bentseeni-etanoli(2:1)-uutolla Soxhlet-laitteessa /71/. Uutettavaa purua oli 130 g ja bentseeni-etanolia 1500 ml.

Uuteaineiden poiston jälkeen puru kuivattiin tyhjöuunissa +40 °C:ssa 6 h. Näin saatua purua kuivattiin edelleen tyh-

jöeksikaattorissa fosforipentoksidilla. Kuivumisen edisty­

mistä seurattiin punnitsemalla näyte aika ajoin. Neljän vii kon kuluttua purun kuiva-ainepitoisuus oli n. 99,8 % ja si

tä voitiin käyttää jauhatuskokeisiin.

(34)

6.2 Jauhatuskokeet

6.2.1 Kuulamyllyjauhatus

Kuulamyllyjauhatukset suoritettiin tolueenissa teräskuulin varustetulla vibraatiokuulamyllyllä Björkmanin /50/ mukaan.

Puumäärää, jauhatusaikaa ja jauhatuslämpötilaa vaihdeltiin eri kerroilla, taulukko 6. Taulukossa 6 esitetyt jauhatus- lämpötilat on mitattu jauhatuksen jälkeen tolueenista ja ne olivat n. 14 °C korkeammat kuin ympäröivä lämpötila.

Taulukko 6. Kuulamyllyjauhatusten olosuhteet.

Purun määrä, g

Jauhatus- aika, d

Lämpötila,

°C

I jauhatus 8 2 19

II jauhatus 5 7 -1

III jauhatus 2,5 14 -1

Puujauho erotettiin tolueenista sentrifugoimalla ja kui­

vattiin tyhjöeksikaattorissa.

6.2.2 Wiley-myllyjauhatus

Wiley-myllyjauhatuksia 0,25 mm:n (60 mesh) viiran läpi suo­

(35)

ritettiin kaksi kappaletta: yksi normaalisti huoneenlämpö- tilassa (jauhatus I) ja yksi niin, että jauhettava puu jäähdytettiin nestemäisellä typellä -196 °C:een (jauhatus II). Molemmilla kerroilla puujauhoa å 5 g kierrätettiin kolmesti. Kummankin jauhatuksen kokonaiskestoaika oli siten

15 min.

6.2.3 Kuidutus Ultra Turraxilla

Ultra Turrax-dispergointilaitteessa on pyörivään akseliin kiinnitettynä kaksi terää, jotka sivuuttaessaan kehällä ole­

via teriä (kuva 10) aiheuttavat ultraäänitaajuisen värähte­

lyn, mikä edistää terien jauhavaa vaikutusta.

a)

pyörivä akseli

b)

7

nuurruii-

jauhettava materiaali

Kuva 10. Ultra Turrax-dispergointilaite, a) käyttökunnossa, b) alapuolelta.

(36)

Kuidutus tapahtui 600 ml:n dekantterilasissa, johon lai­

tettiin 10 g purua ja n. 300 ml joko tolueenia (kuidutus I) tai tislattua vettä (kuidutus II). Kuidutuksen aikana neste lämpeni +20 °C:sta +30 °C:een.

Vedessä kuidutus toistettiin viisi kertaa á 5 min ja tolueenissa kolme kertaa á 6 min. Kunkin kuidutuskerran jälkeen neste + hitaasti laskeutuva puumateriaali (kuidut- tunut osa) otettiin talteen ja tilalle kaadettiin vastaava määrä +20 °C:ista nestettä.

Hienojae erotettiin tolueenista sentrifugoimalla ja kuivat­

tiin tyhjöeksikaattorissa. Vedessä kuidutettu puujauho sen sijaan jätettiin vesisuspensioon sedimentointierottelua varten.

6.2.4 Suihkumyllyjauhatus

Purun suihkumyllyjauhatus suoritettiin VTT:n metallurgian laboratoriossa pehmeiden mineraalien jauhamiseen käytetyllä Pennwalt Ltd:n 8" micronizer-ilmasuihkumyllyllä, liite 1, kuva 1 a.

Ilmasuihkumyllyssä jauhettava materiaali joutuu jauhatuskam- mion kehältä puhallettavien ilmasuihkujen vaikutuksesta

pyörivään liikkeeseen, jossa isoimmat partikkelit pyrkivät kehälle päin ja pienimmät keskustaan . Eri suunnista puhal­

(37)

tavat ilmavirrat saavat aikaan partikkelien hienontumisen.

Jauhautunut materiaali poistuu jauhatuskammion keskeltä alaspäin ja paineilma ylöspäin, liite 1, kuvat 1 a ja b.

Syöttöilmanpaine oli 469 kPa (68 lbf/in ) ja jauhatusil-2 manpaine 476 kPa (69 lbf/in ). Jauhatus tapahtui huoneen­2

lämpötilassa. Jauhettavaa purua oli 250 g ja se ajettiin kaksi kertaa myllyn läpi syöttönopeuden ollessa 70 % maksi­

minopeudesta. Jauhatusajaksi tuli näin 2x35 min (Suihku- mylly jauhatus I) .

Toisessa suihkumyllyjauhatuksessa ilmanpaineet ja lämpötila olivat samat, mutta jauhettavana materiaalina oli edellä

jauhettua ja välillä kuivattua puujauhoa 150 g. Syöttöno- peus oli 60 % ja jauhatusaika 2 x 20 min (Suihkumyllyjau­

hatus II) .

Puujauho imi kosteutta jauhatuksen aikana, joten se oli kuivattava uudelleen fosforipentoksidin avulla.

6.2.5 Kuivahajotus

Kuivahajottimena oli IKÄ Analyysimy1ly A 10, jonka jauha- misvaikutus perustuu suljetussa pesässä 20 000 r/min pyöri­

vään kaksilapaiseen roottoriin.

Kuivahajotusta ei sellaisenaan käytetty purun jauhamiseen

(38)

vaan ainoastaan tehostamaan Wiley- ja suihkumyllyjauhatuk­

silla saatujen materiaalien hienontumista.

Kuivahajotuksia suoritettiin sekä huoneenlämpötilassa että nestemäisessä typessä (-196 °C) jäähdytetylle puujauholle.

Käsittelyaika oli 5x3 min ja puumäärä 7 g.

6.3 Puujauhon fraktiointi

6.3.1 Seulonta

Kuivatun puujauhon fraktioimiseen partikkelikooltaan eri­

laisiin jakeisiin käytettiin Endecott test sieve-seulasar- jaa, jossa seulojen reikäkoot olivat 80, 63, 40 ja 20 yum.

Seulottaviksi materiaaleiksi valittiin kuulamyllyllä (III jauhatus), Ultra Turraxilla (I kuidutus), Wiley-myllyllä

(II jauhatus) sekä ilmasuihkumyllyllä (I jauhatus) saadut puujauhot. Seulasarjaan laitettiin enintään 10 g puujauhoa kerrallaan ja seulonta kesti n. 30 min. Saadut fraktiot otettiin talteen.

6.3.2 Suodatus

Puujauhon hienoimman jakeen erottamiseksi suodattamalla suspendo!tiin jauho ensin tolueeniin, n. 2 g/300 ml. Suo­

dattimena käytettiin teräksistä seulaverkkoa, jonka reikä­

(39)

koko oli joko 10 tai 20 yum. Seulaverkko kiinnitettiin ult- rasuodatussuppiloon membraanin tilalle ja sen yläpuolelle asetettiin sekoitin. Suodattamalla erottunut hienojae kui­

vattiin tolueenista haihduttamalla.

6.3.3 Ultrasuodatus

Ultrasuodatuksessa menetelmä oli täysin samanlainen kuin edellä kohdassa 6.3.2 kuvattu suodatus, paitsi että suo­

dattimena käytettiin membraania, jonka reikäkoko oli joko 8 tai 11 yum.

6.3.4 Sedimentointi

Sedimentointimenettelyä sovellettiin vedessä Ultra Turrax- illa kuidutetulle (II kuidutus) sekä suihkumyllyjauhetulle

(II jauhatus) veteen sekoitetulle materiaalille, n. 1 g/dm . 3 Sedimentointi (kuva 11) perustui pääpiirteissään Harde11 et ai.:n /21/ käyttämään menetelmään.

(40)

sedimentein ti

sentrifugointi sentrifugointi

Välilamelli Kuidut ja

ydinsädesolut

Kirkaste Sedimentti

Kuitu-vesisuspensio

Kuva 11. Puujauhon fraktioiminen sedimentoimalla.

Vain välilamellijae otettiin talteen ja kuivattiin tyhjö- eksikaattorissa.

6.3.5 Fraktiointi ominaispainogradienttikolonnilla

Kolonnina käytettiin 250 ml:n mittalasia, johon asetettiin kerroksittain hiilitetrakloridin ja paraksyleenin ominais­

painoiltaan erilaisia seoksia /36/. Ominaispainot määritet­

tiin laskennallisesti, mutta niiden paikkansapitävyys to­

dettiin myös upotettavalla ominaispainomittarilla. Hiili- tetrakloridin ominaispainona laskuissa käytettiin 1,5940 g/cm^ ja paraksyleenin 0,8611 g/cm^.

Valmistelevissa kokeissa määritettiin puujauhon keskimää­

räinen ominaispaino sekä kokeiltiin malliaineiden eroamis­

ta kolonnissa, jonka ominaispainojakauma kattoi alueen 1,34...1,57 0,01 yksikön välein. Malliaineet erosivat hei-

(41)

posti: ligniini 1,35, ksylääni 1,44 ja selluloosa 1,50.

Puujauhon ominaispaino oli n. 1,46.

Varsinaisissa erotuskokeissa käytettiin kolonneja, joiden ominaispainojakauma kattoi alueen 1,410...1,500. Erot pääl­

lekkäisten kerrosten välillä olivat 0,002...0,006 yksikköä.

Erotuskokeita tehtiin kuulamylly- ja suihkumyllyjauhetulle sekä Ultra Turrax-kuidutetulle materiaalille. Ennen kolon­

niin laittamista näyte sekoitettiin ultraäänen avulla hii­

li te trak lori din ja paraksyleenin seokseen (n. 100 mg/10 ml), jonka ominaispaino oli 1,400. Joidenkin näytteiden kohdal­

la kokeiltiin myös ilman poistoa tyhjöpumpulla (kuva 12), jonka jälkeen ko. seoksen annettiin imeytyä näytteeseen.

hiilitetrakloridin ja paraksyleenin seosta

■hana 1 hana 2,

tyhjö- pumppu puujauhoa

Kuva 12. Ilman poisto näytteestä tyhjöpumpulla.

Suspendo!tu näyte kaadettiin sitten varovasti lasisauvaa pitkin ominaispainogradienttikolonnin pinnalle ja jätet-

(42)

tiin laskeutumaan. Kolonnin päälle asetettiin lasilevy es­

tämään nesteiden haihtumista. Materiaalin laskeutuminen ominaispainoaan vastaavan kerroksen kohdalle kesti n. 2 d.

6.3.6 Sentrifugointi

Sentrifugoinneissa erottavana nesteenä oli paraksyleenin ja hiilitetrakloridin seos, jonka ominaispaino säädettiin sen mukaan, mitä solukerrosta haluttiin eristää. Puujauho/

neste-suhde oli 2 g/50 ml. Esikokeina suoritettiin sentri- fugointeja eri tavoin jauhetuille puumateriaaleille. Näin pyrittiin eristämään ligniinipätoisuusmäärityksiä varten riitävä määrä välilamellia, jonka ligniinipätoisuus olisi mahdollisimman korkea sekä löytämään sekundääriseinän ja

välilamellin eristyksen kannalta optimaaliset ominaispai­

not.

Esikokeiden perusteella muotoutui solukerrosten eristysme- netelmä, joka koostui seuraavista toimenpiteistä :

Puujauhonäytteestä (n. 5 g) poistettiin yli 63 yam:n jae seulomalla sekä ilma tyhjöpumpulla (kuva 12). Ilman pois­

ton jälkeen näytteeseen annettiin imeytyä paraksyleenin ja hiilitetrakloridin seosta ominaispainoltaan 1,452. Nesteen kokonaismäärä oli 80 ml. Seos siirrettiin 100 ml:n sentri- fugipukeen ja sentrifugoitiin nopeudella 6000 r/min 20 min ajan.

(43)

Sentrifugoinnissa erottui pintaan arviolta 5... 10 % puujau­

hosta. Tämä otettiin eroon ja siitä poistettiin neste ult- rasuodattamalla 0,45 yum:n membraanin läpi (suodos haihdu­

tettiin myöhemmin kuiviin ja todettiin, ettei se sisältä­

nyt kiintoainesta). Saatu fraktio suspendoitiin uudelleen paraksyleenin ja hiilitetrakloridin seokseen (60 ml), jon­

ka ominaispaino nyt oli 1,430. Suspensio sentrifugoitiin laboratoriosentrifugilla 5 ml:n putkissa nopeudella 8000 r/min n. 15 min ajan. Pintaan erottunut fraktio (välilamel- li) kuivattiin ensin haihduttamalla, sitten eksikaattorissa.

100 ml:n sentrifugiputkissa pohjaan painuneesta jakeesta poistettiin ylimääräinen neste ultrasuodattamalla. Jauho sekoitettiin ominaispainoltaan 1,465 olevaan seokseen (200 ml). Sentrifugointilaboratoriosentrifugilla tapahtui kuten

edellä. Pohjaan painunut sekundääriseinäjae kuivattiin ensin haihduttamalla, sitten eksikaattorissa.

Kaikissa sentrifugoinneissa käytettiin polyetyleeniputkia, jotka suljettiin luonnonkorkeilla haihtumisen estämiseksi.

Muussa tapauksessa hiilitetrakloridi haihtui nopeammin kuin paraksyleeni, mikä aiheutti ominaispainon laskemista. Sa­

maan suuntaan vaikutti myös nesteen lämpötilan nousu, min­

kä vuoksi sentrifugoinnit suoritettiin useana lyhyenä jak­

sona ja putkien annettiin välillä jäähtyä.

(44)

6.4 Entsymaattinen hydrolyysi

Erotettujen sekundääriseinä- ja välilameliifraktioiden puh­

distamiseksi hiilihydraateista suoritettiin entsymaattinen hydrolyysi. Vertailun vuoksi tehtiin sama käsittely myös alle 63 yum:n suihkumyllyjauhetulle puujauhojakeelle.

Hydrolyysiin käytettiin VTT:n biotekniikan laboratoriossa Trichoderma reeseistä eristettyä sellulaasia ja Aspergil­

lus nigeristä eristettyä hemisellulaasia. Sellulaasia se­

koitettiin 500 mg ja hemisellulaasia 100 mg 100 ml: aan sit­

raa ttipuskuria (0,05 M, pH 4,8). Sellulaasia käytettiin suhteellisesti enemmän kuin puun selluloosapitoisuus oli­

si edellyttänyt, koska se hydrolysoi myös hemiselluloosia /72/. Entsyymejä liuotettiin sekoittamalla 3 h, jonka jäl­

keen liukenematon osa poistettiin sentrifugoimalla. Ent­

syymi liuos ta annosteltiin taulukon 7 ilmoittamat määrät 50 ml:n pulloihin, joihin oli tarkoin punnittu 100...150 mg hydrolysoitavaa näytettä.

Taulukko 7. Entsyymiliuoksen annostelu näytteen hiilihyd- raattipitoisuuden mukaan.

Näyte Hiilihydr.pit.% Entsyymiliuosta, ml/10 mg näytettä

Sekundääriseinä 75,5 3,00

Puu 71,3 2,85

Välilamelli 50,2 2,00

(45)

Pullot suljettiin lasikorkeilla ja laitettiin termostoituun, +50 °C:seen vesihauteeseen, jossa niitä sekoitettiin aika ajoin. Kahden vuorokauden välein erotettiin entsyymiliuos kustakin näytteestä sentrifugoimalla ja lisättiin vastaa­

va määrä tuoretta entsyymiliuosta. Käytetyistä entsyymiliu­

oksista määritettiin liuenneet sokerit kvantitatiivisesti Nelson-Somogyin pelkistävien sokerien määritysmenetemällä /73/ sekä antronin värireaktioon perustuvalla heksoosien määritysmenetelmällä /74/. Nollakoe tehtiin puhtaalla ent­

syymi liuoksella, jonka sisältämien sokerien määrä vähennet­

tiin saaduista tuloksista.

Hydrolyysi kesti 16 d, minkä jälkeen näytteet pestiin use­

aan kertaan tislatulla vedellä, sentrifugoitiin ja kuivat­

tiin tyhjöeksikaattorissa.

6.5 Ligniinien liuotus

Sekundääriseinä- ja välilameliifraktioiden sisältämän lig­

niinin liuotusta kokeiltiin eri liuottimiin taulukon 8 mu­

kaisissa olosuhteissa. Näytemäärät vaihtelivat 15...80 mg.

Liuotuksessa apuna käytetyn ultraäänen taajuus oli 80 kHz.

Kaikki näyttteet lukuunottamatta 0,5 N NaOH:iin liuotettua olivat entsyymikäsiteltyjä. Liuosmäärät laskettiin lignii- nipitoisuuden mukaan : 1 ml/3 mg ligniiniä. Dioksaaniliuo­

tuksessa vaihdettiin liuotinta kolme kertaa laimentaen jo­

ka kerralla dioksaanin väkevyyttä n. 1 % : 11a.

(46)

Taulukko 8. Ligniinien liuotuksessa käytetyt liuottimet ja olosuhteet.

Liuotin Liuotus-

aika, d

U-äänikäsit- telyn kesto, d

Lämpö­

tila, °C

0,5 N NaOH 4 2 30

2 N NaOH 5 3 40

Dioksaani-vesi (100:4...100:8)

4 2 30

Me-sellosolvi 4 - 20

DMSO 4 2 20

HMDA (väk. 20 %) 6 2 40

Liuenneiden ligniinien osuudet määritettiin UV-absorbanssi- mittauksin. Tätä varten näyteliuosta sekoitettiin 50 % :een dioksaani-veteen niin paljon, että ligniinikonsentraatiok- si tuli n. 0,025 mg/ml. Näin saadun liuoksen ja vastaavan­

laisen MWL-liuoksen absorbanssit mitattiin Opton PMQ II spektrofotometrillä 280 nm:n aallonpituudella. Kun MWL-liu­

oksesta mitattu MWL:n absorptiviteetti oli 19,1 dm^/g cm, voitiin sen perusteella laskea ligniinipitoisuudet eri liu­

oksissa olettamalla ligniinin absorptiviteetti kaikissa ta­

pauksissa samaksi.

Liukoisuus dioksaaniin määritettiin myös punnitsemalla liu­

enneen, puhdistetun ligniinijäännöksen massa. Puhdistus suo­

ritettiin siten, että ensin haihdutettiin dioksaani pois tyh­

jössä, sitten ligniini liuotettiin 90 % : seen etikkahappoon (n. 0,5 ml) ja saostettiin vedellä (5 ml). Jäännös sentri- fugoitiin ja kuivattiin. Määritystarkkuus oli n. 1 %.

(47)

2 N NaOH:iin liuenneet ligniinit säestettiin rikkihapolla pH 3:ssa, erotettiin sentrifugoimalla sekä kuivattiin IR- määrityksiä varten. MWL: stä tehtiin vastaavanlainen vertai-

lunäyte.

6.6 Soluseinäfraktioiden analysointi

6.6.1 Ligniinipitoisuus

Ligniinipitoisuuden laskemiseksi määritettiin ensin näytteen me toksyyliryhmäpitois uus sovelletulla mikro-Zeise1-menetel­

inä llä /36/, kuitenkin niin, että näyte punnittiin kolviin ilman gelatiinikapselia. Ligniinipitoisuudet laskettiin kaavan 1 mukaan.

MeO % x 100

Ligniinipitoisuus = --- (1) 15,8

missä 15,8 on kuusi-MWL:n metoksyylipitoisuus /75/.

Suurimmat ja pienimmät ligniinipitoisuudet tarkistettiin UV-mittauksin asetyylibromidiliuoksista /76/. Mittaukset tehtiin Opton PMQ II spektrofotometrillä ja ligniinin ab-

3

sorptiviteetiksi 280 nm:ssä oletettiin 23,3 dm /g cm /76/.

(48)

6.6.2 Suhteellinen monosakkaridikoosturnus

Suhteelliset monosakkaridikoostumukset määritettiin sekun- dääriseinä-, puu- ja välilamellinäytteistä ennen ja jälkeen entsyymikäsittelyn.

Näytteet, jotka sisälsivät n. 1 mg hiilihydraatteja, hyd­

rolysoitiin Sjöström et al.:n mukaan, kuitenkin niin, että käytetyt nestemäärät olivat 1/6 ohjeen ilmoittamista. Hyd-

rolyysin jälkeen näytteet kuivattiin tyhjöhaihduttimella ja silyloitiin lisäämällä 1 ml pyridiiniä ja 0,5 ml BSTFA- reagenssia ja ravisteltiin lasikuulien kanssa 20 min.

Monosakkaridien kaasukromatokrafinen määritys suoritettiin Hewlett Packard 5880 A-kaasukromatografi11a, johon oli lii­

tetty HP 5880 A-integraattoripiirturi. Kolonnina oli kvart- sikapillaarikolonni, stationäärifaasina OV-101. Kolonnin sisähalkaisija oli 0,2 mm ja pituus 10 m. Kantajakaasun virtaus oli 1 ml/min.

Silyloitu näyte (1 yul) syötettiin splitless-syöttönä. Ko­

lonnin lämpötilaohjelma oli seuraava: alkulämpötila 125 °C, lämpötilan nostonopeus 20 °C/min, välilämpötila 180 °C, läm­

pötilan nostonopeus 10 °C/min, loppulämpötila 220 °c, lop- pulämpötilan kestoaika 3 min. Injektio-osan ja detektorin

lämpötila oli 260 °C.

Piikit identifioitiin vertaamalla niiden retentioaikoja

(49)

eri monosakkarideille saatuihin retentioaikoihin. Respons- sikertoimeksi oletettiin kussakin tapauksessa 1. Monosak- karidien osuudet laskettiin kaikkien tunnistettujen mono- sakkaridipiikkien yhteispinta-alasta.

6.6.3 IR-spektroskooppiset määritykset

Entsyymikäsitellyistä sekä käsittelemättömistä sekundää- riseinä- ja välilamellinäytteistä, rikkihapolla 2 N NaOH- liuoksesta saostetuista ligniineistä sekä MWL:stä valmis­

tettiin KBr-tabletit (300 mg KBr, 1 mg ligniiniä). Niistä ajettiin IR-spektrit Perkin Elmer 457 spektrofotometrillä.

6.6.4 Molekyylimassajakaumat

0,5 N NaOHriin liuotetuista sekundääriseinä- ja välilamel- 3

liligniineistä (n. 1 mg/cm ) määritettiin molekyylimassa- jakaumat Keskuslaboratorio Oy:ssä. Määritysmenetelmänä oli geelisuodatus (geeli :Sephadex G-50) yhdistettynä UV-absor- banssimittaukseen /78/.

6.7 Mikroskopia

6.7.1 Valomikroskooppitarkastelu ja -valokuvaus

Eri jauhatus- ja eristysmenetelmien tehokkuutta tarkastel­

(50)

tiin tolueenin avulla mikroskooppilasille levitetyistä näyt­

teistä. Suurennus oli 400-kertainen. Partikkelien koko mi­

tattiin vertaamalla niitä okulaarin hiusjuova-asteikkoon.

Sekundääriseinä- ja välilamellipreparaateista sekä entsyy- mikäsitellystä välilameliista otettiin mikroskooppikuvat Opton-valomikroskooppiin sisäänrakennetulla kameralla.

Suurennus filmille oli n. 67-kertainen ja tästä valmiste­

tulle valokuvalle n. 280-kertainen. Kuvat otettiin sekä normaalissa läpivalaistuksessa että polaroidussa valossa.

Vertailun vuoksi otettiin vastaavanlaiset kuvat myös MWL:

stä ja puuvillakuidusta.

6.7.2 Elektronimikroskooppikuvaus

Elektronimikroskooppikuvat otettiin Keskuslaboratorio Oy:

ssä Stereoscan Mark II elektronimikroskoopilla. Sekundää- riseinä- ja välilamellipreparaateista otettiin 600- ja 2400- kertaiset suurennokset, vastaavista entsyymikäsitellyistä näytteistä 2400- ja 6000-kertaiset suurennokset.

(51)

7. TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU

7.1 Puun jauhautuminen

Mikroskooppitarkastelun avulla määritetyt suurimmat ja pie­

nimmät partikkelikoot sekä partikkelien muodot eri jauhatus- tavoille esitetään taulukossa 9.

Taulukko 9. Eri jauhatustavoilla saavutetut partikkeli- koot ja -muodot.

Jauhatus Suurin ha­

vaittu par­

tikkel lkoko,yum

Pienin ha­

vaittu par­

tikkelikoko,yum

Partikkelien muoto

Kuulamylly I 250 1,0 pyöreitä ja kuitumaisia

. II 180 0,5 pyöreitä ja soikeita

. HI 100 0,5 "

Wiley-mylly I 200 1,5 kuitumaisia

mäisiä

ja levy-

HH

170 1,5 »

Ultra Turrax I 1 II 500 2,0 kuitumaisia

kimppuja

ja kuitu-

Suihkumylly I 100 1,0 kuitumaisia

mäisiä

ja levy-

. II 50 <0,5

Vaikutus kuituihin oli kuulamyllyllä litistävä, Wiley-myl- lyllä katkova, Ultra Turraxilla erottava sekä ilmasuihku- myllyllä katkova ja kuoriva. Kuulamyllyjauhatus tehostui selvästi pidennettäessä jauhatusaikaa ja pienennettäessä

(52)

puumäärää kuten myös Fengel et ai. ovat esittäneet /44/.

Wiley-myllyjauhatus ei juuri tehostunut jäähdytettäessä puumateriaali ennen jauhatusta nestemäisellä typellä (jau­

hatus II) .

Kuivahajotuksella ei ollut merkittävää vaikutusta taulukossa 9 esitettyihin partikkelikokoihin vaan lähinnä kuitujen kuo­

riutumiseen tai osittain irronneiden välilamellin kappaleiden irtoamiseen.

Suihkumyllyjauhatuksessa syntyneet levymäiset kappaleet oli­

vat todennäköisesti yhdistetystä välilamellista peräisin, koska niiden paksuus oli alle 1 yum. Välilamellin ja sekun- dääriseinän erottamisen kannalta todettiin suihkumyllyjau­

hatus + kuivahajotus ehdottomasti parhaaksi kokeilluista jauhatustavoista.

7.2 Puujauhon fraktioituminen

7.2.1. Seulonta

Seulonnalla saatujen jakeiden ligniinipitoisuudet selviävät taulukosta 10. Lähes kaikissa tapauksissa kasvoi ligniinipi- toisuus karkeasta hienojakoisempaan partikkelikokoon mentä­

essä. Poikkeuksena oli vain Ultra Turraxilla kuidutetun puun

(53)

63/40 yum:n jae, joka ilmeisesti koostuu kuoriutuneista kui­

duista ja on siis lähes puhdasta sekundääriseinää. Kuula­

mylly jauhatus taas on murskannut puumateriaalin melko epä- selektiivisesti eikä ligniinipitoisuuksissa siksi ole suu­

ria eroja.

Taulukko 10. Seulottujen puujauhotraktioiden ligniinipitoi- suudet, %.

Jauhatus 80/63 yum 63/40 yarn 40/20 ^im <20 yum

Kuulamylly II 27,8 27,8 (N 00 O 28,8

Ultra Turrax I 28,2 24,0 28,7 29,8

Wiley-mylly II 28,7 28,9 29,2 30,3

Suihkumylly I 28,4 28,7 29,6 31,6

Vaikka seulonta 20 yum:n seulalla ei soveltunutkaan puhtaan välilamellijakeen eristämiseen , voidaan ligniinipitoisuuk- sista kuitenkin päätellä, että hienoimmassa jakeessa on vä- lilamellia rikastuneena ja suihkumyllyllä jauhetusta puusta se on ehkä helpoimmin erotettavissa.

7.2.2 Suodatus ja ultrasuodatus

Suodatuksella ja ultrasuodatuksella ei pystytty myöskään eristämään jaetta, jonka ligniinipitoisuus olisi lähellä välilamellin ligniinipitoisuutta, taulukko 11.

(54)

Taulukko 11. Puujauhon tolueenisuspensiosta suodatettujen jakeiden ligniinipitoisuudet.

Jauhatus Suodatus Ultrasuodatus

<20 yum <10 yum <11 yum

A

00

1

Kuulamylly III 28,9 30,7 kolloidi kolloidi jäännös jäännös

Suihkumylly II 29,1 31,8 - -

Suihkumyllyllä jauhetusta puujauhosta meni 11 ja 8 yum:n membraanin läpi niin pieni osa, ettei siitä voitu määrittää

ligniinipätoisuutta.

Kuulamyllyjauhetusta puusta suodattui 11 ja 8 yum: n membraa- nin läpi kolloidi, voimakkaasti vanilliinille tuoksuva

jäännös, joka ilmeisesti sisälsi pääosaksi pilkkoutunutta ligniiniä. Myös 20 ja 10 yum:n viirojen läpi suodatetut frak­

tiot saattoivat sisältää ко. jäännöksen, mutta sen osuus oli todennäköisesti hyvin pieni.

II suihkumyllyjauhatuksen puujauhosta suodattamalla saatu

<20 yum:n jae on ligniinipitoisuudeItään alhaisempi kuin

seulomalla erotettu I jauhatuksen vastaava jae (kohta 7.2.1).

Tämä ei johtune erilaisista fraktiointitavoista vaan siitä, että II jauhatus, joka oli tehokkaampi on hienontanut enem­

män sekundääriseinää, mikä alentaa hienojakeen ligniinipi- toisuutta.

(55)

7.2.3 Sedimentointi

Sedimentoimalla saatiin Ultra Turrax-kuidutetusta puusta eristettyä ligniinipitoisuudeltaan 30,2 % :sta ja suihku- mylly jauhetusta puusta 30,3 % :sta välilamellia. Mikroskoop—

pitutkimuksen perusteella molemmat välilamellifraktiot si­

sälsivät hyvin paljon kuidun palasia.

7.2.4 Erottuminen ominaispainogradienttikotonnissa

Kuulamyllyssä jauhetun puujauhon fraktioitumista haittasi kuulista irronnut metallipöly, jota oli takertuneena useim­

piin partikkeleihin. Puujauho pyrki muodostamaan suuria flokkeja eikä jakautunut selvästi eri kerroksiin. Ilman poistolla näytteestä ei ollut vaikutusta fraktioitumiseen.

Lyhimmällä jauhatusajalla (kuulamyllyjauhatus I) valmistet­

tu materiaali kuitenkin erottui kahteen erilliseen osaan, jotka olivat ominaispainoiltaan n. 1,450 ja 1,460. Kevyem­

män fraktion ligniinipitoisuus oli 31,9 % ja raskaamman 25,8 %.

II kuulamyllyjauhatuksesta saatu puujauho oli ominaispai­

noltaan 1,459 ja III jauhatuksesta saatu puujauho 1,466.

Ominaispainon nousu selittyy sillä, että pitempiaikaisessa käsittelyssä on kuulista irronnut enemmän metallipölyä, mi­

kä on tarttunut puujauhoon.

Viittaukset

LIITTYVÄT TIEDOSTOT

Deborah Smithin ja Han Kangin tiivis yhteistyö, jonka tuloksena Vegetaristin lopullinen englanninkielinen käännös syntyi, selittänee osaltaan myös sen, ettei romaania ole

Tieteen vakavasti ottavan politiikan vaikeuksista kielii myös termi global warming, joka jo- kaisessa yhdysvaltalaisessa nettikes- kustelussa saa vastaansa huomion, että

Hauskalla tavalla Gananderin Eläinden Tauti-kirjan tautikuvauksista, hoito- ja rohto-ohjeista välittyvät suomalaisen maaseudun luonnon kasvien värit ja tuoksut, eläinten ja

Taulukon 4 luokitteluista huomataan, että putkiston suunnittelu- ja eristysventtiililuokissa ei ole huomioitu yhteyttä primäärijäähdytteeseen, mikä nykyisten YVL-ohjeiden mukaan

Metsänomistajien on saatava itselleen selväksi, että puus ton suurimmat puut ovat myös sen elinvoimaisimpia puita, ja että nii den hakkaaminen metsikön kasva tusvaiheessa

Kädensijojen kiinnityskappaleen ylempi korvake katkesi kumi- vaimentimen alapuolelta ja uusittiin ( 180 h ). Kytkinkotelon oikeanpuoleinen kiinnitysruuvi putosi. Koetuksen

kahdesti 10 minuutin ajan, ja jätettiin fosfaattipuskuriin yön yli. Tällä tavalla soluihin saatiin kontrasti, jonka avulla solut näkyvät elektronimikroskoopilla

Numeeriset tulokset taulukoitiin yhteen ja tarkasteltiin ensin, ovat- ko rinnakkaiset arvot samalla maljalla lähellä toisiaan (MIC-arvot 2–3 asteikon päässä toisistaan). Jonkin

Spatial variability of mercury and polyunsaturated fatty acids in the European perch (Perca fluviatilis) – Implications for risk-benefit analyses of fish consumption.

Milloin lapsi tulee pitää pois päivähoidosta tartuttamisvaaran vuoksi, vaikka hän vointinsa puolesta olisikin valmis menemään päivähoi- toon.. Eristyksen tarve

Putket tulisi suunnitella ja valmistaa mahdollisimman pitkiksi etukäteisputkiksi jo valmistavan yrityksen työpajalla, siten säästetään asennushitsauksen määriä

Lämpövirta ja lämpövirran tiheys voidaan laskea eri paineissa samalla periaatteella kuin kappaleessa 3.5.3, mutta perliitin ja ilman lämmönjohtavuudet muuttuvat tiloissa, joissa

Bachelor’s thesis, Lappeenranta University of Technology, School of Engineering Science Keywords: ceramic, membrane, nanofiltration. The purpose of this work was the separation

Happamien sulfaattimaiden suunnitelluissa kuivatushankkeissa otetaan huomioon valuma- vesien vaikutus purkuvesistöön ja mikäli sen arvioidaan ylittävän kriittisen rajan, käytetään

(VNa 331/2013, 2015) Valtioneuvoston asetuksessa säädetään myös muun muassa ilman testausta kaatopaikoille hyväksyttävistä jätteistä ja jätteen toimittamisesta

Esittelen näitä kuitenkin tässä luvussa, koska oman aineistoni verbit ovat paitsi spontaaneita usein myös hyvin puhekielisiä ja voivat hyvin- kin sisältää murteellisia ja

Milloin lapsi tulee pitää pois päivähoidosta tartuttamisvaaran vuoksi, vaikka hän vointinsa puolesta olisikin valmis menemään päivähoi- toon.. Eristyksen tarve

Näillä lähtökohdilla voidaan havaita, että huonoilla materi- aaleilla tilanne on jälleen kriittisempi, sillä vesipitoisuus koko eristys-välikerroksessa on selvästi suurempi

Turpeen hiilidioksidipäästöt (106 mg/MJ) ovat pienemmät kuin esimerkiksi puun poltossa (noin 110 mg/MJ).. Ilmastolaskennassa turpeen polton päästöt huomioidaan, mua puun

Vuorisen mukaan tämä perustuu idealistisen ajattelutapaan, siis siihen että ensin erotetaan toisistaan järjellä tajuttava maailma ja aistein havaittava maailma, ja sitten

Suomietnolla viitataan kirjan yhteydessä musiikkigenreen, jota nykyään usein kutsutaan nykykansanmusiikiksi. Sen ominaispiirteitä ovat perinteisiin sävel- tai

Hävittäjä- ja rynnäkkökoneluokkaan kuuluvan lentoaseen käyttöaloina ovat hä- vittäjätorjunta ja ilmanherruustaistelu, taistelualueen eristys, lähitulituki, tiedustelu

On tärkeä lukea myös nimen loppuosa, Tarina Suomen moder- nisaatiosta ja ihmisistä jotka sen tekivät, sillä siitä on kysymys.. Kirja tarjoaa tiiviin kudelman