The ultrastructure of wood

Summary

The woody cell wall starts ontogenetically as an isotropic gel termed matrix which is later reinforced by elementary fibrils of cellulose and finally encrusted with lignin. The parallel texture of the fibrils induces the striking anisotropy of the wall. The reinforcing effect of the fibrils depends on the square of their length, their friction coefficient towards the matrix and the shear modulus (rigidity) of the matrix. Since the diameter of the reinforcing fibrils is not essential, but as their number is decisive, it makes sense that the cellulose fibres are dispersed down to the tiny elementary fibrils of only 35 Å diameter!

Based on the “reinforced matrix” concept, the irregular longitudinal shrinkage of wood samples depending on the helical angle of their tracheid ultratexture can be explained, but for the pronounced shrinkage anisotropy perpendicular to the wood axis the amount of cell wall substances liable to considerable hydration in radial and tangential walls must be taken into consideration.

Zusammenfassung

Die verholzte Zellwand besteht bei der Zellteilung ursprünglich aus einem isotropen Gel, der Matrix; später wird diese plastische Masse durch Elementarfibrillen aus Cellulose verstärkt und schließlich mit Lignin inkrustiert. Die Paralleltextur der Fibrillen verursacht die auffallende Anisotropie der Zellwand. Die Wandverstärkung durch die Fibrillen ist eine Funktion des Quadrates ihrer Länge, ihrer Reibungszahl mit Bezug auf die Matrix und des Schubmoduls (Steifheit) der Matrix. Da der Durchmesser der verstärkenden Fibrillen eine untergeordnete, die Zahl dieser Elemente dagegen eine entscheidende Rolle spielt, scheint es sinnvoll, daß die Fasercellulose in der Form von Elementarfibrillen bis zu einem Dispersionsgrad von 35 Å aufgeteilt ist!

Auf Grund der Theorie der “armierten Matrix” kann das unregelmäßige Längsschwindmaß von Holzproben in Abhängigkeit vom Steigungswinkel der Schraubentextur ihrer Tracheiden erklärt werden. Andererseits müssen für das Verständnis der ausgesprochenen Schwindungsanisotropie auf dem Holzquerschnitt die verschiedenen Mengen stark quellbarer Membransubstanzen in den Radial-und Tangentialwänden in Betracht gezogen werden.