Weg mit dem Lignin

Aus Holz entstehen nicht nur Zellstoff und Papier, sondern auch hochfeste funktionale Zellulosekomposite. Dabei bleibt im Prozess die natürliche hierarchische Struktur des Holzes mit seiner charakteristischen Vorzugsrichtung der Fasern erhalten.

Die Zellwände bestehen bei Holz aus drei Makromolekülen: Zellulose, Hemizellulosen und Lignin. Sie bilden einen natürlichen Faserverbund.^1,2) Dabei stehen Zellulosefibrillen für die Fasern und Lignin für die einbettende Matrix; die Hemizellulosen fungieren als Haftvermittler zwischen beiden Phasen .

Zellulose, das auf der Welt häufigste Biomakromolekül, enthält nur einen Zuckerbaustein: Glukose. Kovalente Bindungen erzeugen lange Ketten, die dann durch Wasserstoffbrücken zu semikristallinen Fibrillen vernetzen. Diese sind zugfest und zugsteif; jedoch können sie bei Druck ausknicken.

Um hoch wachsen zu können, lagern Bäume Lignin in die Holzzellwände ein; dies erhöht deren Drucksteifigkeit und -festigkeit. Dazu werden die Ligninbausteine in bestehende Zellwandsegmente aus Zellulose und Hemizellulosen transportiert, um dort in einer Polymerisationsreaktion zu einem Makromolekül zu vernetzen.^2,3)

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