Вещество древесина – Химический состав древесины

znaytovar.ru

Химический состав древесины: хвойных и лиственных пород

Доброго времени суток уважаемые читатели Блога Андрея Ноака! Давайте поговорим сегодня про химический состав древесины, а это значит что мы рассмотрим из каких веществ она состоит.

Строение древесины

Строение древесины можно рассматривать как с физической, так и с химической точки зрения.

Основными составляющими древесины являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, которые в свою очередь состоят из химических элементов:

• углерода — C
• кислорода — O
• водорода — H
• азота — N

Взаимодействуя между собой целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, являются цементирующими веществами клеточных стенок, и определяют емкость стенок, их механическую прочность и эластичность. Что в конечном итоге создает конкретные свойства древесины. К дополнительным компонентам древесины относят эфирные масла, смолы, крахмал, жиры, дубильные вещества и даже минеральные вещества.

Химический состав.

Целлюлоза представляет собой полисахарид с длинной цепью молекул глюкозы. Целлюлоза образуется на основе водородных связей в элементарные волокна. Около 1000 — 10000 молекул глюкозы образуют длинную нитевидную, неразветвленную молекулу (поз. 5).

Такую молекулу часто называют полимером или макромолекулой (поз. 5). Параллельные, соседние молекулы цепи называют мицеллы (поз. 4). От 5 до 20 фибрил образуют микрофибриллу (поз. 2). В свою очередь микрофибриллы (поз. 2) образуют макрофибриллы (поз. 1). Между волокнами может храниться вода, лигнин и гемицеллюлоза.

Лигнин представляет собой трехмерное, ароматическое соединение углеводорода. Он в основоном расположен в стенках древесных растений.

А вот взаимодействие между собой лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы.

 Удачи и до новых встреч, с вами был Андрей Ноак!

andreynoak.ru

Из чего состоит древесина - познаем изначальное. Рассмотрен состав древесины и ее содержимое. древесина

Рассмотрим подробнее, из чего состоит древесина. Древесина состоит из твердой части клеток, представляющих собой клетчатку такого состава: 49,5% углерода; 6,3% водорода; 44,2 % кислорода и азота (в том числе азота около 1%). В древесине имеются минеральные вещества, образующие после сжигания золу. Зола составляет 1-1,5% от веса древесины.

Составные части дерева и его строение

Древесина ядра отличается прочностью, плотностью и твердостью, а также большой сопротивляемостью к загниванию, чем заболонь, которая состоит из молодых клеток, отличающихся меньшей плотностью Древесины. Сокодвижение—перемещение воды с растворенными в ней питательными веществами — происходит по заболони. Толщина заболони зависит от породы дерева, его возраста и условий роста. Рост ядра с отмиранием клеток заболони превращается в Древесину ядра.У березы, бука, клена, осины и ольхи центр ствола имеет темную окраску, свидетельствующую о начальной стадии загнивания. Эту часть ствола называют ложным ядром.Между заболонью и корой располагается тонкий слой живых клеток — камбий. В вегетационный период деление камбиальные клеток образует новые клетки древесины и коры. При этом дерево растет как в толщину, так и в длину. Кора состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего лубяного.Наружный слой защищает дерево от атмосферных влияний и механических повреждений, внутренний передает вниз по стволу органические питательные вещества, выработанные в листьях кроны.У большинства хвойных пород в поперечном разрезе ствола различны годовые слои в виде концентрических окружностей. Ежегодно при нормальном росте образуется один годовой слой. Его толщина (в направлении радиуса) у разных древесных пород различна. Ранняя древесина годового слоя сердцевины отличается от поздней древесины, находящейся ближе к коре. Это объясняется ростом ранней древесины годового слоя весной и в начале лета. В это время в почве мало влаги и клетки ранней древесины рыхлые и светлые, обеспечивающие сокодвижение. Поздняя древесина годового слоя растет в конце лета и осенью.
У лиственных пород клетки поздней древесины (годового слоя) состоят из опорных тканей, а у хвойных пород — из толстостенных трахеид, более темных по цвету и отличающихся плотностью и прочностью.

Ширина годовых слоев зависит от возраста дерева, от породы и условий роста. У молодых деревьев годовые слои обычно более широкие, кроме ивы, имеющей только узкие годовые слои. У сосны, растущей на севере, годовые слои более узкие, чем у сосны, растущей в южных широтах. Свойства древесины характеризует ширина годовых слоев. Хвойные породы с узкими годовыми слоями отличаются большей прочностью и смолистостью.

Сосна с узкими годовыми слоями красно-бурого цвета более ценна, чем с широкими годовыми слоями. Древесина хвойных пород, на торцевом разрезе которой в радиальном направлении в 1 см насчитывается не менее трех и не более 25 годичных слоев, считается лучшей. У лиственных древесных пород наоборот, чем шире годовые слои, тем плотнее, тверже и более прочная древесина. Это характерно для дуба, каштана, ильма, ясеня, вяза. У этих пород в весенний период независимо от климатических, почвенных и других условий образуется 2…3 ряда крупной проводящей ткани (трахеид), а затем — поздняя древесина годового слоя, состоящая из механически прочных тканей.

У березы, бука, граба, клена, липы, ольхи, осины древесина не имеет ярко выраженных годовых слоев и ширина годового слоя не влияет на качество древесины.

Сердцевинные лучи располагаются в стволе в радиальном направлении. Различают первичные и вторичные лучи. Первичные сердцевинные лучи начинаются от сердцевины и доходят до коры, вторичные начинаются недалеко от сердцевины и продолжаются до коры. По сердцевинным лучам в горизонтальном направлении перемещаются вода, питательные вещества и воздух. На поперечном разрезе ствола крупные сердцевинные лучи различимы в виде блестящих полосок, на радиальном разрезе — в виде полосок или пятен, а на тангентальном разрезе — в виде точек или полосок. Древесина хорошо раскалывается по направлению сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи встречаются у большинства древесных пород, но их «размер, вид и количество зависят от породы и условий роста. У деревьев, выросших на солнце, больше сердцевинных лучей, чем у тех, что росли в тени.

Анатомическое строения древесины.

Как и всякое растение, дерево состоит из клеток. Каждая молодая клетка состоит из оболочки и находящейся в ней протоплазмы. Внутри протоплазмы обычно находится одно ядро (встречаются и многоядерные клетки). В процессе роста клетки протоплазма расходуется и в ней образуются полости (вакуоли) 4, которые заполняются клеточным соком. В дальнейшем отдельные вакуоли постепенно сливаются в одну общую и оттесняют протоплазму к оболочке клетки. Кроме протоплазмы, ядра и вакуолей с клеточным соком, в клетках находятся еще так называемые пластиды – бесцветные или окрашенные образования.
Протоплазма представляет собой зернистую, прозрачную, тягучую слизь (растительный белок). Ядро имеет обычно овальную форму, в нем находятся одно или несколько блестящих ядрышек и тонкие нитеобразные белковые вещества, которые называются хроматинами. Ядро так же, как и протоплазма, состоит из сложного белкового соединения.

Пластиды в зависимости от окраски делятся на лейкопласты — бесцветные пластиды, хромопласты — с желтым и оранжевым пигментом и хлоропласты, содержащие зеленый пигмент, который называется хлорофиллом. Хлорофилловые зерна находятся преимущественно в листьях и под влиянием солнечных лучей превращают углекислый газ воздуха в соединении с веществами клеточного сока в различные органические соединения (углеводы, белки, жиры). Растения, лишенные хлорофилла, сами не могут вырабатывать необходимые для жизни растения органические соединения и поэтому вынуждены паразитировать.

Клеточный сок, заполняющий вакуоли, представляет собой водный раствор различных веществ: углеводов, пигментов, дубильных веществ и свободных органических кислот.

Оболочка в основном состоит из целлюлозы или клетчатки (С6Ню05). В клеточной оболочке наблюдается слоистость. Материал оболочки образуется за счет распада протоплазмы, поэтому по мере роста клетки количество протоплазмы в ней уменьшается. Более старая оболочка клетки содержит больше минеральных веществ. По мере окончания роста клетки происходит постепенное утолщение оболочки за счет нарастания последующих слоев. Иногда утолщение бывает настолько велико, что внутри клетки оболочка имеет тонкие поры. Оболочка претерпевает различные изменения в строении и составе, в результате чего происходит ее одеревенение или опробкование, или ослизнение.

При одеревенении в оболочке клетки образуется особое вещество – лигнин, который содержит значительное количество углерода;
увеличивается также ее прочность и твердость, но уменьшается упругость, способность к разбуханию и пр. Одеревенение клеток происходит преимущественно в стволе.

Опробкование сопровождается образованием в оболочке клетки вещества более бедного кислородом, чем лигнин. В результате опробкования клетка хорошо противостоит гниению и становится непроницаемой для воды и газов. Опробкованию подвергаются обычно клетки на поверхности ствола и веток растения.

Ослизнение сопровождается превращением всей оболочки или части ее в камедь, или слизь, которая растворяется в воде. Если ослизняется часть оболочки, создаются отверстия, которыми клетки соединяются между собой, образуя сосуды.

Хотя клетки плотно прилегают друг к другу и соединены между собой межклеточным веществом, но между ними образуются межклеточные пространства, заполняющиеся выделениями клеток (например, у хвойных пород – смолой). Кроме смоляных ходов, могут быть воздухоносные межклеточные ходы. По форме клетки делятся на паренхиматические, имеющие примерно одинаковую величину в трех измерениях, прозенхиматические, вытянутые в одном направлении, и таблицеоб разные, развитые в двух направлениях.

Древесные ткани.

Клетки в молодых растущих частях дерева сходны между собой, но по мере дальнейшего роста дерева они специализируются, причем группы одинаковых клеток объединяются в ткани. Ткани в зависимости от выполняемых ими в жизни дерева функций делятся на образовательные, кроющие, механические и проводящие.
Образовательные ткани находятся в точке роста стебля растения и состоят из тонкостенных (с большим количеством протоплазмы) паренхимных клеток. Эта ткань служит в дальнейшем для образования других тканей.
Кроющие ткани молодых стеблей и листьев покрыты эпидермисом, клетки которого по мере роста сменяются кроющей пробковой тканью.

Механические ткани служат для придания элементу растения определенной механической прочности. Эта ткань состоит из одеревеневших клеток и служит для увеличения прочности только молодых еще растущих частей дерева. Клетки этой ткани обладают сравнительно высокой механической прочностью и сильно вытянуты, а поэтому и называются волокнами.

Проводящие ткани, имеют назначение проводить влагу с растворенными в ней минеральными и органическими соединениями. Эти ткани слагаются из сосудов и сосудовидных клеток. Трахеи образуются при слиянии в один общий сосуд вертикальных клеток, причем поперечные перегородки их полностью или частично исчезают. Сосуды характерны для древесины лиственных пород. Сосудовидные клетки представляют собой длинные клетки, полости которых ие соединяются между собой. Древесина хвойных пород состоит почти исключительно из сосудовидных клеток. Проводящие ткани заполнены водой с растворенными в ней различными веществами и воздухом.
Ткани, проводящие органические вещества по растению, состоят из ситовидных трубок и млечных сосудов. Ситовидные трубки состоят из вытянутых клеток, перегородки между которыми имеют мелкие отверстия, как у сита. Проводящие ткани собраны в древесине в особые сосудисто-волокнистые пучки, в которых вокруг сосудов расположены механические элементы. 

Состав древесины

Древесные клетки состоят из стенок клеток и водянистого содержимого, так называемого клетчатого сока (протоплазмы), который у свежей древесины может составлять больше половины древесной массы.

Древесина (ее материал) образуется деревянным каркасом стенок клеток. Она состоит у всех пород деревьев из одинакового количества химических элементов, из которых образуются различные соединения. Составляющие материала дре-весины — это целлюлоза и целлюлозоподобные материалы (семицеллюлозы), лигнин и вещества, содержащиеся в древесине, такие как смола, терпентин, жир, воск, красители и неорганические микроэлементы.

•          Целлюлоза — образует каркас древесины.

•          Лигнин — обеспечивает прочность на сжатие (одревление).

•          Вещества, содержащиеся в клетках древесины, — влияют на окраску, запах, стойкость против насекомых и грибков.

Раскалываемость древесины

Есть у древесины свойство, которого нет у других природных материалов. Это раскалываемость, или расщепляемость. При раскалывании древесина не режется, а расщепляется вдоль волокон. Поэтому расколоть бревно можно даже деревянным клином. Хорошо раскалывается прямослойная упругая древесина хвойных пород сосны, кедра и лиственницы. Среди лиственных деревьев легко раскалываются дуб, осина и липа. Дуб хорошо раскалывается только в радиальном направлении. Раскалываемость зависит от состояния древесины. Слегка увлажненная или свежесрубленная древесина раскалывается лучше, чем пересохшая. Но слишком увлажненная, мокрая древесина раскалывается с трудом, так как становится слишком вязкой. Если вам приходилось рубить дрова, то вы, вероятно, замечали, как легко и споро колется мерзлая древесина. Раскалываемость древесины имеет практическое значение. Раскалыванием древесины получают заготовки спичек, клепки для бондарной посуды, в обозном деле - заготовки для спиц и ободов, в строительстве - кровельную щепу, гонт и штукатурную дрань. Из тонких полос расщепленной сосны крестьянские умельцы плели корзины для грибов и белья, а между делом мастерили для ребятишек из щепы забавные фигурки оленей и коньков. Если лучинку из сухого дерева согнуть в дугу, а затем отпустить, она мгновенно распрямится.

Древесина — упругий материал. Но ее упругость во многом зависит от породы дерева, строения и влажности. Тяжелая и плотная древесина с высокой твердостью всегда более упруга, чем легкая и мягкая. Выбирая ветку для удилища, вы стараетесь подбирать такую, которая была бы не только прямой, тонкой и длинной, но и упругой. Вряд ли найдется такой рыболов, который пожелает сделать удилище из ветки ломкой бузины или крушины, а не из гибкой и упругой ветки рябины или орешника. Американские индейцы предпочитали делать удилища из упругих веток кедра. Трудно себе представить историю человечества без древнего оружия — лука.
А ведь изобретение лука было бы невозможно, если бы у дерева отсутствовала упругость. Для лука требовалась очень прочная и упругая древесина, и чаще всего его делали из ясеня и дуба. Благодаря все той же упругости древесина применяется там, где нужно смягчить отдачу. С этой целью под наковальню подкладывали массивную деревянную колоду, из дерева делали рукоятку молота. Прошло не одно столетие со времени изобретения огнестрельного оружия.

Ушли в прошлое кремневые ружья и винтовки, оружие стало совершенным, но по-прежнему деревянными остались приклад и некоторые другие части. Где найдешь такой материал, который бы так надежно гасил отдачу при выстреле? Давно замечено, что прямослойная древесина более упругая, чем свилеватая. Даже древесина одного дерева в разных частях имеет различную упругость. Например, зрелая древесина ядра, расположенная ближе к сердцевине, более упруга, чем молодая, расположенная ближе к коре. Но если древесину намочить или распарить, то упругость ее резко понизится. Согнутая полоска древесины после высыхания сохраняет полученную форму. Чем влажнее дерево, тем выше его пластичность и ниже упругость. Пластичность противоположна упругости.

Большое значение пластичность имеет в производстве гнутой и плетеной мебели, спортивного инвентаря, в корзиноплетении, обозном и бондарном деле. Высокую пластичность после вываривания в воде или пропарки приобретают вяз, ясень, дуб, клен, черемуха, рябина, липа, ива, осина и береза. На изготовление гнутой мебели идут заготовки из клена, ясеня, вяза и дуба и плетеной - из ивы и орешника. Из березы, вяза, черемухи, клена и рябины гнут упряжные дуги.

Дуги из этих деревьев получаются очень прочными, но если нужно, чтобы они были полегче, в дело идут ива и осина. Древесина хвойных деревьев имеет низкую пластичность, поэтому ее почти не применяют для гнутых или плетеных изделий. Исключение составляет сосна, тонкая щепа которой идет на плетение кузовков и лукошек, а также корни сосны, ели, кедра и лиственницы, идущие на плетение корневушек. Насыщенная влагой древесина разбухает, увеличиваясь в объеме. Во многих изделиях из дерева разбухание — отрицательное явление.

Например, разбухший ящик письменного стола почти невозможно задвинуть или выдвинуть. С трудом закрываются после дождя створки открытого окна. Чтобы древесина не разбухала, деревянные изделия чаще всего покрывают защитным слоем краски или лака. С разбуханием древесины мастера постоянно ведут борьбу. Но для бондарной посуды это свойство оказалось положительным. Ведь при разбухании клепок — дощечек, из которых набирают бондарную посуду, щели между ними исчезают - посуда становится водонепроницаемой. Раньше, когда зимой суда становились на ремонт, их деревянную обшивку по традиции конопатили льняной или конопляной паклей.

Прежде всего расходилось очень много ценного сырья, к тому же в сильные морозы пакля становилась хрупкой и работать с ней было очень трудно. Вот тут-то на выручку пришла так называемая древесная шерсть — очень тонкие стружки. Древесной шерсти нипочем морозы, она легко заполняет все щели обшивки. А когда судно спустят на воду, древесная шерсть разбухает и плотно закупоривает самые мельчайшие щели в обшивке.

Породы древесины определяют по их следующим характерным признакам: текстуре, запаху, твердости, цвету. Деревья, имеющие листву, называют лиственными, а имеющие хвою — хвойными. Лиственными породами являются береза, осина, дуб, ольха, липа и др., хвойными породами — сосна, ель, кедр, пихта, лиственница и др. Лиственницей называют дерево за то, что она, как и лиственные породы, на зиму сбрасывает хвою.

Рассмотрим подробнее, из чего состоит древесина. Древесина состоит из твердой части клеток, представляющих собой клетчатку такого состава: 49,5% углерода; 6,3% водорода; 44,2 % кислорода и азота (в том числе азота около 1%). В древесине имеются минеральные вещества, образующие после сжигания золу. Зола составляет 1-1,5% от веса древесины.

Физические свойства древесины. Свойства древесины зависят от ее влажности. Различают в древесине влагу свободную, или капиллярную, заполняющую полости клеток и межклеточное пространство; гигроскопическую, находящуюся в стенках клеток, и химически связанную. В свежесрубленной древесине имеется свободная, гигроскопическая и химически связанная вода, в сухой древесине - гигроскопическая и химически связанная.
  По степени влажности различают древесину мокрую, полностью насыщенную водой; свежесрубленную, содержащую воды 35% и более; воздушно-сухую влажностью 15-20%; комнатно-сухую влажностью 8-10%; абсолютно сухую, полученную в лаборатории высушиванием до постоянного веса при температуре 100-105° С. Условная стандартная влажность древесины 15%-При равномерном высыхании вначале испаряется свободная влага, затем гигроскопическая. Состояние древесины в момент отсутствия в ней свободной влаги называется точкой насыщения волокна. Она характеризуется влагосодержанием 25-35% к весу сухой древесины.
 
Сухая древесина способна поглощать из воздуха влагу и отдавать ее более сухому окружающему воздуху. Колебания влажности древесины вызывают в ней изменение объемного веса, размеров и прочности.
 

Звукоизоляция помещения очень важна, если Вы живете в шумном районе или занимаетесь музыкой. Как правильно сделать звукоизоляцию читайте на сайте "Построй свой дом сам".

 
Процессы увлажнения или обезвоживания древесины на воздухе продолжаются до достижения состояния равновесной влажности, изменяющейся в зависимости от температуры и влажности воздуха. Продвижениевлаги в древесине неодинаково в разных направлениях. В продольном направлении влага продвигается быстрее, чем в поперечном. В радиальном направлении скорость продвижения влаги большая, чем в тангенциальном.
  Плотность древесинного вещества, образующего клетки древесины, равна 1,55 г/см3. Объемная масса древесных пород 450- 900 кг/м3. Некоторые древесные породы (бакаут) имеют объемную массу более 1300 кг/м3.
 
При высушивании древесины до точки насыщения волокон не изменяются ее линейные размеры. При дальнейшем высыхании размеры древесины уменьшаются: вдоль волокон - на 0,1-0,4, в радиальном направлении - на 3-6, а тангенциальном - на 6- 12%. В конструкциях, защищенных от увлажнения, древесину следует применять с влажностью не более 18%.
 
Изменение формы древесины, вызванное неравномерной усушкой, называется короблением. При неправильном высушивании в древесине возникают напряжения, вызывающие наружные и внутренние трещины.
 
Ценным в древесине является ее текстура. Красивой текстурой обладает дуб, бук, орех, клен и другие породы. Каждая порода дерева имеет характерную окраску. Цвет древесины иногда вызывается поражением ее дереворазрушающимл грибами. Древесные породы, содержащие танин, изменяют окраску под действием солей железа, находящихся в воде.
 
Теплопроводность древесины зависит от направления волокон, влажности и породы. Так, при влажности дуба 15% коэффициент теплопроводности вдоль волокон равен 0,45, поперек волокон 0,22 вт/м o град; для сосны он равен соответственно 0,44 и 0,18 вт/м*град. Теплоемкость древесины равна в среднем для дуба 2,8*103, для сосны и ели 2,7*103 дж/кг*град.
  Древесина хорошо проводит звук вдоль волокон, хуже - в радиальном направлении и плохо - в тангенциальном. Например, сосна проводит звук вдоль волокон со скоростью 5030, в радиальном направлении 1450, в тангенциальном 850 м/сек.
 
Температурный коэффициент расширения древесины невелик и зависит от породы: для древесины вдоль волокон он равен 0,000002-0,00001, поперек волокон 0,00003-0,00006.
 
Кислоты и щелочи разрушают древесину при длительнОхМ воздействии. Слабощелочные растворы разрушают древесину незначительно. Кислоты начинают разрушать древесину при рН<2, т. е. она сопротивляется значительно лучше, чем бетон, который разрушается при рН = 5. Хвойные породы более стойки к действию кислот и щелочей, чем лиственные.
  Механические свойства древесины зависят от направления волокон по отношению к действию усилий, от ее влажности,, строения, возраста и условий роста дерева, а также от наличия пороков. Предел прочности при сжатии хвойных пород поперек волокон в 10-12 раз меньше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Для лиственных пород это отношение будет (1:5) -5т (1 :8). Сопротивление древесины скалыванию зависит от направления действующих сил.
 
Важным техническим свойством древесины является способность удерживать винты, гвозди.
 
По степени твердости древесные породы можно разделить на очень твердые (граб, акация белая, самшит, саксаул), твердые (береза, бук, клен, дуб, ясень), мягкие (сосна, ель, кедр, тополь^ липа, осина, ольха, каштан, платан и др.).
 

sawwood.ru

Древесина водорастворимые вещества - Справочник химика 21

    Фракцию летучих веществ, содержащую у древесины хвойных пород главным образом терпены, выделяют перегонкой с паром. Для экстрагирования используют различные органические растворители эфир, ацетон, бензол, этанол, дихлорметан и их смеси. Из веществ, экстрагируемых органическими растворителями, наиболее важное значение имеют жирные и смоляные кислоты, жиры, воски, танниды, красящие вещества. Главными компонентами водорастворимых веществ являются углеводы, белки и неорганические соли. В любом случае различия между компонентами, обусловленные стадиями экстрагирования, не являются четкими. Так, танниды растворимы в горячей воде, но их также находят и в спиртовых экстрактах. [c.23]

    В ранний период эксплуатации порода древесины, как правило, мало влияет на свойства покрытия. Более важными факторами в этот период являются состав краски, технология нанесения, а также местные климатические условия. Нежелательные изменения покрытий из-за дефектов низкосортной древесины уже обсуждались. Иногда в ранний период через покрытие на чистой древесине происходит выделение смолы, которое, однако, не вызывает нарушения целостности покрытия. Это явление наблюдается на сосновой древесине чаще, чем на прочих мягких породах, но обнаружено и на мягких древесинах, содержащих относительно немного смолы (типа сосновой). Такое выделение смолы происходит, очевидно, в тех случаях, когда древесина предварительно выдерживается при низких температурах и покрытие наносится вскоре после ее обработки. Древесина, высушенная при более высоких температурах и подвергнутая складированию на некоторое время перед использованием, обычно не выделяет смолы. В этом случае в древесине остается слишком мало скипидара, чтобы размягчить смолу и способствовать ее свободному вытеканию. Из кедров различных типов, а также из кипариса сквозь краску может просочиться скипидар, который собирается на поверхности в виде клейкой массы (особенно в случае отсутствия циркуляции воздуха — например, когда доски сложены одна на другую). При должной циркуляции воздуха скипидар улетучивается. Цветные водорастворимые вещества, содержащиеся в можжевельнике, красном дереве и некоторых твердых породах, не проходят через прочное покрытие, если только под покрытие не попала вода. Если покрытие дает трещины, то по их краям после дождя покрытие может изменить цвет. Однако, как свидетельствует опыт автора, обесцвечивание не портит внешний вид покрытия. Иногда доски мягкой породы дерева с ровной структурой, окрашенные по смоляной стороне, становятся под атмосферным влиянием рыхлыми и через несколько месяцев дают трещины на покрытии. Со стороны коры такая рыхлость почти никогда не наблюдается. Сосновая древесина даже со смоляной стороны редко становится рыхлой, за исключением случаев сильного механического воздействия на древесину (полы и т. п.). При длительном сроке эксплуатации покрытия необходимо, чтобы содержание влаги в древесине всегда было ниже точки насыщения древесного волокна. [c.217]

    Обычно определяют суммарное количество веществ, растворимых в холодной или горячей воде. Эту экстракцию, как правило, проводят после извлечения веществ, экстрагируемых органическими растворителями, но иногда растворимость древесины в воде определяют без предварительной экстракции органическими растворителями. Растворимость древесины в горячей и холодной воде различна. Так, горячий водный экстракт содержит больше полисахаридов, по-видимому, за счет их частичного гидролиза под действием отщепляющихся органических кислот (уксусной и муравьиной). Количество веществ, извлекаемых водой, зависит от предварительной экстракции древесины органическими растворителями. При экстракции древесины спиртом или спирто-бензольной смесью часть водорастворимых веществ, таких, как танниды, пигменты, извлекается этими растворителями. Поэтому в этом случае получаются несколько заниженные величины показателя растворимости древесины в воде. [c.65]

    Метод основан на применении 72 /о-ной серной кислоты и включает две, а иногда и три предварительные обработки древесины для удаления экстрактивных веществ. Обязательно проводится экстракция спирто-бензолом для извлечения смол, жиров и ВОСКОВ и горячей водой для извлечения остающихся водорастворимых веществ. При анализе древесных пород с большим содержанием пирокатехиновых дубителей (например, дуба, каштана, красного дерева и т. п.) перед указанными выше обработками проводится еще и экстракция спиртом. В случае хвойных пород (ели, сосны, пихты и др.), а также наиболее часто [c.86]

    Фибролит (по-гречески волокнистый камень ) представляет собой спрессованные и затвердевшие плиты из древесной шерсти, костры кенафа или других волокнистых органических материалов, связанных магнезиальным цементом. Вместо последнего можно применять портландцемент и некоторые другие вяжущие вещества. При использовании последних в сочетании с органическими заполнителями необходимо введение минерализаторов (хлористого кальция, сернокислого глинозема и др.), так как содержащиеся в древесине водорастворимые экстрактивные вещества (сахара, гемицеллюлозы) вредно действуют на цемент. [c.89]

    В своем составе сосновая смола содержит различные органические соединения, в том числе канифоль (15—25%), скипидар, некоторые продукты разложения канифоли и древесины, в том числе органические водорастворимые кислоты — уксусную кислоту и др. Так как сосновая смола содержит значительное количество летучих веществ и влаги, она подвергается продолжительном

www.chem21.info

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

ТЕХНОЛОГИЯ ПИРОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Химический состав

Химический состав древесины весьма сложен. В состав ее вхо­дят целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы. В небольших количе­ствах древесина содержит смолу, жиры, терпены, дубильные и другие вещества, объединяемые под общим групповым назва­нием — экстрактивные вещества древесины. Кроме этого, древе­сина содержит в небольшом количестве неорганические вещества— золу.

Химический состав древесины разных пород неодинаков и в пределах даже одной породы значительно колеблется в зависи­мости от разных условий. Поэтому имеющиеся данные дают лишь среднюю характеристику химического состава той или иной дре­весной породы. В табл. 9 приведены данные анализа Комарова и Яковлева 2 о химическом составе некоторых отечественных дре­весных пород.

Содержание некоторых веществ в ядре и заболони древесины одного и того же дерева неодинаково (табл. 10).

Заболонь содержит больше целлюлозы и меньше растворимых в горячей воде веществ, чем ядро.

При гниении происходит существенное изменение в химиче­ском составе древесины. При коррозионном типе гнили умень­шается относительное количество лигнина и увеличивается коли­чество целлюлозы. При деструктивном типе гнили, наоборот, уве­личивается содержание лигнина и уменьшается содержание цел­люлозы. Несмотря на разное содержание составных частей в дре­весине, элементарный состав органической массы древесины раз­ных пород, как это видно из табл. 11, практически одинаков.

1 Н. Н Доброхотов. Механика газсв в сименс-мартеновских печах, журн. «Металлург», № 4, 1926.

2 Комаров и П. И. Яковлев. «Бумах<ная промышленность», 1932 № 3.

Содержание азота в древесине невелико — от 0,1 до 0,2%. В общем органическая масса древесины содержит около 49,5% углерода, 6,3% водорода и 44,2% кислорода.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) является главной (50% по весу) и наи­более важной в техническом отношении составной частью древе­сины. Она образует основу древесных клеточных стенок и распо­ложена преимущественно во вторичных и (в меньшей степени) в третичных слоях древесных оболочек. Целлюлоза является высокомолекулярным полисахаридом со свойствами коллоида, с эмпирической формулой (CfiH 0О5). (7)

Молекулы целлюлозы имеют вид очень длинных цепей, со­стоящих из большого числа глюкозных остатков, соединенных между собой глюкозидными связями.

По современным, наиболее точным определениям, степень по­лимеризации п молекулы хлопковой целлюлозы оценивается циф­рами порядка 9800—10 000, а древесной беленой сульфитной цел­люлозы — около 3000 Молекулярный вес более 1 500 000.

Целлюлоза обладает сложным мицеллярным строением. Наи­более распространенным из современных взглядов на мицелляр - ную структуру целлюлозы является представление о мицеллах ее, как об участках, сближенных весьма длинных нитевидных молекул целлюлозы (рис. 3). Такие участки, благодаря ориентации, обла­дают правильной кристаллографической решеткой и поэтому рас­сматриваются как области кристаллической целлюлозы (кристал­лическая целлюлоза). Те же участки структуры, где молекулы рас­положены не упорядоченно, принимаются как области аморфной целлюлозы (аморфная целлюлоза).

Кристаллическая и аморфная целлюлоза неодинаково реак- ционноспссобны. Соотношение между ними до сих пор точно не установлено. Разные методы определения указывают на содер­жание аморфной целлюлозы в количестве около 10—30%. Однако эти данные рассматриваются как весьма приближенные.

Выяснению строения целлюлозы много способствовало приме­
нение к ней методов рентгеноструктурного анализа, а в последнее время — исследования при помощи инфракрасных лучей. Такие вопросы строения целлюлозы, как ее кристалличность, параметры кристаллографической решетки были определе­ны при помощи рентгеновского метода.

Целлюлоза не растворяется в воде, спирте, эфире, пиридине, бензоле и других обычных растворителях. Типичным растворителем для нее является аммиачный раствор гидрата оки­си меди. Она также растворяется в некоторых концентрированных кислотах (72%-ной серной, соляной, фосфорной), в концентрированных горячих растворах некоторых солей, в купри - этилендиамине.

Благодаря присутствию спиртовых гидро - ксилов целлюлоза дает простые и сложные эфиры, например, нитроцеллюлозу, ацетилцел - люлозу, этилцеллюлозу и др.

При осаждении целлюлозы из растворов она выпадает в виде белых набухших хлопьев. Та­кая осажденная целлюлоза, получившая назва­ние гидратцеллюлозы, является лишь физиче­ской модификацией целлюлозы. В химическом отношении она тождественна с природной.

При продолжительном действии слабых кис­лот на холоду или кратковременном действии при нагревании происходит частичный гидро­лиз целлюлозы с образованием продуктов, по­лучивших название гидроцеллюлозы. Благода­ря мицеллярной гетерогенности целлюлозы, ее гидролиз в этих условиях протекает неодинако­во в разных точках волокон. Вследствие этого получаемая гидроцеллюлоза представляет сложную смесь продуктов разной степени гидро­литического распада. При окислении целлюлозы окислителями (шпохлоритами, хло­ром, перманганатом калия и многими другими) образуются про­дукты, получившие название оксицеллюлозы. В химическом отно­шении они также являются сложной смесью разных продуктов окислительного и гидролизного распада.

Лигнин

В древесине хвойных пород лигнин содержится в количестве 26—28%, а в древесине лиственных — от 19 до 24%.

Несмотря на то, что лигнин обнаружен в древесине более

100 лет назад, он и по сей день еще изучен далеко недостаточно. Элементарный состав лигнина:

С - от 61 до 65%; Н - or 4.4 до О - от 28,6

До 34,1%.

Значительные колебания в элементарном составе лигнина объясняется разной степенью чистоты и измененности лигнина, изолированного разными методами. Соответственно с этим неоди­наковы эмпирические формулы лигнина, предложенные исследо­вателями, например:

С22Но0О:; CuHj( Os; C40h5,Oje; C120HJ58OJ5.

Молекулярный вес лигнина не установлен. Предполагается, что он достигает нескольких тысяч.

Для лигнина характерным является присутствие метоксильных групп; они составляют приблизительно 85—90% метоксильных групп древесины В изолированном лигнине ели их содержится около 15—17% от веса лигнина, а в лигнинах твердо-лиственных пород — несколько больше. При гидролизе и при обработке дре­весины щелочью метоксильные группы лигнина частично отщеп­ляются с образованием метилового спирта. Такое же отщепление метокоилов происходит и при пиролизе древесины; значительная часть получаемого при этом метилового спирта образуется за счет этой реакции.

Кроме того, предполагается, что лигнин содержит гидроксиль- ные (ОН), диоксиметиленовые (—О—ОН2—О—), ацетильные (СН3СО), формальные (НСО) и карбонильные (СО) группы. Хо­тя в изолированном лигнине, вероятно благодаря отщеплению при изолировании, ацетильные группы не обнаруживаются, тем не ме­нее их можно предполагать в лигнине древесины (природном лиг­нине). Но содержание их в лигнине, повидимому, незначительно, поскольку до 80%, а у некоторых пород даже 94—99% всех аце­тильных групп древесины связаны с углеводной частью древесины (холоцеллюлозой).

Различают лигнин первичный, находящийся в одревесненных клеточных стенках (природный лигнин) и вторичный — изолиро­ванный лигнин. Последний является в значительной степени ве­ществом, измененным в процессе изолирования и загрязненным примесями посторонних веществ. Изменение лигнина выражается в отщеплении метоксильных групп, внутримолекулярной конден­сации и в других признаках.

Переход первичного, более реакционноспособного лигнина во вторичный, менее реакционноепоеобный, происходит также при Старении древесины и после срубки дерева.

По вопросу о химической природе лигнина имеются различные точки зрения.

До последнего времени большинством исследователей лигнин рассматривался как вещество исключительно ароматической при­роды. Однако исследования последних лет (Жеребов Шорыги - на 2) показывают, что в образовании лигнина принимают участие также некоторые весьма неустойчивые углеводы.

Сторонниками ароматической природы лигнина было предло­жено несколько структурных формул. Так, по Фрейденбергу, моле­кула лигшина построена из небольшого числа структурных единиц фенол-пропанового типа:

Соединенных между собой в результате конденсации через кисло­род и непосредственными углеродными связями в цепи типа:

Или

Молекула лигнина состоит из семи таких звеньев и конечного восьмого звена, отличающегося тем, что оно содержит пиперона - левую группу.

Приведенная формула была предложена для строения моле­кулы вторичного лигнина ели; в отношении первичного лигнина Фрейденберг считает, что соединение между звеньями осущест­вляется только через кислород.

Отличие лигнина твердолиственных пород от лигнина ели со­стоит в том, что в основе последнего лежат ядра двухатомного фе­нола пирокатехина, а в основе первого — ядра как пирокатехина, так и трехатомного фенола пирогаллола. Более поздние исследо­вания лигнина, выделенного методом этанолиза, дают примерно такое же строение структурной единицы лигнина.

Доказательством ароматической природы лигнина, приводи­мым всеми ее сторонниками, считалось получение из древесины и лигнина ароматических веществ. Однако выходы этих веществ никогда не получались большими и делавшийся на основании их вывод о лигнине, как исключительно ароматическом веществе, нельзя считать обоснованным.

Поводимому, следует считать, что лигнин, кроме ароматиче­ских веществ, содержит связанные с ним некоторые неизвестные углеводы. Так, Шорыгина, расщепляя хвойный лигнин металли­ческим натрием в жидком аммиаке, получила, помимо ароматиче­ских веществ, около 20—30% углеводов

Еще дальше в оценке участия углеводов в происхождении лиг­нина идет Жеребов. Он приходит к выводу, что выделяемые из растительных тканей лигнины (вторичный лигнин) содержат лишь небольшую часть действительного лигнина (вещества ароматиче­ской природы). Большая же часть изолированного лигнина яв­ляется псевдолигнином, образующимся из углеводов и полиуро - кидов. Первичный лигнин, по Жеребову, является не соединением типа фенол-пропана, а углеводным комплексом, весьма неустой­чивым и склонным к легкой конденсации под действием крепких кислот на холоду.

Геми целлюлозы

Под гемицеллюлозами обычно подразумевают углеводную часть древесины, которая, в отличие от целлюлозы, легко гидроли - зуется разбавленными кислотами и извлекается слабыми раство­рами щелочей. К ним относятся пентозаны, гексозаны и полиуро - ниды. Содержание гемицеллюлоз зависит от породы древесины; в хвойных породах (сосна, ель, лиственница) их содержится 14—21 %, в лиственных — 24—36% 2.

В хвойной древесине пентозаны и гексозаны содержатся почти в одинаковых количествах, в лиственной же гемицеллюлозы почти исключительно состоят из пентозанов. Таким образом, по составу гемицеллюлоз лиственная древесина резко отличается от хвойной.

Гемицеллюлозы, так же как и целлюлоза, относятся к высоко­молекулярным соединениям. Они нерастворимы в воде (за исклю­чением некоторых, как, например, арабогалактан), растворяются на холоду в 4—5%-ном NaOH и при растворении дают коллоид­ные растворы.

Пентозаны имеют эмпирическую формулу (С5Н804) . При гид­ролизе они дают пентозы: (i-ксилозу и арабинозу пэ урав­нению:

_________ (С:Н80> + /;Н О = нГ6Н10О,

1 Количество полученных мономерных ароматических веществ (дигидро - эвгенола, гидратированного эвгенола и др.) составляло около 28% от веса лигнина.

3 Н. И. Никитин, Химия древесины, М.—Л., стр. 154, 1952.

Пентозан, дающий при гидролизе с?-ксилозу, называется ксила - ном, а /-арабинозу — арабаном.

Березовая древесина содержит[3] 14,3% ксилана и 7,71%' ара - бана, а сосновая — 6,85% ксилана и 4,15% арабана.

Молекула ксилана имеет цепевидное строение. Помимо основ­ных коилозных единиц, ксилан, возможно, содержит в небольшом количестве и другие структурные звенья. Получение при гидролизе его уроновых кислот указывает на присутствие их в молекуле кси­лана. Некоторые исследователи нашли в ксилане арабинозу, а также глюкозу. Соотношение между этими структурными элемен­тами пока не установлено. Несомненно, что ксиланы разного про­исхождения в этом отношении значительно отличаются. Однако вопрос о составе и структуре ксиланов нельзя считать окончатель­но выясненным. Возможно, что арабиноза и уроновые кислоты яв­ляются примесями, от которых не удается освободиться при су­ществующих методах очистки ксилана.

Величина и форма молекулы ксилана также окончательно не установлены. Имеются данные, что степень полимеризации (С. П.) ксилана достигает 150 и молекула его представляет длинную цепь; боковые звенья если и имеются, то очень короткие и их немного.

С ксиланом связана часть ОСН3 групп древесины. В форме простых эфиров они содержатся как в ксилозных, так и в остатках уроновых кислот.

Структурная формула ксилана:

TOC o "1-3" h z он н

О/ ----- J/^

М ПН J)

Как указано выше, около 80—95% ацетильных групп древе­сины принадлежит ее углеводной части. Повидимому, большая часть этих групп связана с ксиланом. Этим можно объяснить большие выходы уксусной кислоты при термическом разложении лиственной древесины, чем хвойной, содержащей значительно меньшее количество пентозанов.

При действии кислот, особенно при нагревании и при пиро­лизе, ксилан дает фурфурол.

Гексозаны имеют эмпирическую формулу (C6Hi0O5) . Они представляют полимерные ангидриды различных гексоз: маннозы и галактозы, глюкозы и фруктозы. Представителями гексозанов. являются маннан и галактан, левулан и глюкан.

При кислотном гидролизе они дают гекеозы:

(С, п:,о,, - «н,0 - с. н.о,

Гексозан гексо. а

Маннан находится в древесине только хвойных пород, в лист­венных же породах он отсутс

msd.com.ua

Химический состав древесины и коры. Характеристика органических веществ

Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99 % общей массы), в состав которых входят углерод (С), водород (Н), кислород (О) и немного азота (N).

Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49-50 % углерода, 43-44 % кислорода, 6 % водорода и всего лишь 0,1-0,3 % азота. Элементный химический состав древесины ствола и ветвей различается мало. При сжигании древесины остается ее неорганическая часть — зола (0,1-1 %). В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний; в меньших количествах фосфор, сера и другие элементы. Большая часть (75-90 %) образованных ими минеральных веществ нерастворима в воде. Среди растворимых веществ преобладают карбонаты калия и натрия, а среди нерастворимых — соли кальция.

Больше золы дает кора. Так, стволовая древесина дуба образовала при сгорании 0,35 % золы, а кора — 7,2 %. Древесина ветвей образует больше золы, чем древесина ствола: ветви березы дают при сгорании 0,64 % золы, а стволовая древесина — 0,16 %. Древесина верхней части ствола дает больше золы, чем нйжняя.

Основными органическими веществами древесины являются целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы, которые, как уже отмечалось, входят в состав клеточных стенок. Содержание указанных веществ зависит от породы. По данным А. В. Бурова и А. В. Оболенской, в древесине хвойных пород целлюлозы 35-52%, лигнина 25-30 %, гемицеллюлоз 22-30 % (в том числе пентозанов 5-11 % и гексозанов 9-13%). В древесине лиственных пород несколько меньше целлюлозы (31-50 %) и лигнина (20-28%), но больше гемицеллюлоз (19-35 %), причем среди гемицеллюлоз преобладают пентозаны (16-29 %) и гораздо меньше гексозанов (до 6 %).

Целлюлоза — линейный полимер, полисахарид с длинной гибкой цепной молекулой. Формула целлюлозы (С₆Н₁₀О₅)_n, где n — степень полимеризации, составляющая 5000-10000. Это очень стойкое вещество, не растворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.), белого цвета, плотностью 1,54-1,58 г/см³.

Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (С₅Н₈O₄)_n, содержащие пять атомов углерода в элементарном звене, и гексозаны (С₆Н₁₀О₅)_n, имеющие, как и целлюлоза, шесть атомов углерода в звене. Однако у всех гемицеллюлоз степень полимеризации гораздо меньше (60-200), что свидетельствует о более коротких, чем у целлюлозы, цепочках молекул.

Лигнин — аморфный полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Лигнин химически менее стоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и ее кислых солей. Цвет лигнина (от светло-желтого до темно-коричневого) зависит от способа его выделения из древесины; плотность 1,25-1,45 г/см³.

Кроме основных органических веществ в древесине содержится сравнительно небольшое количество экстрактивных веществ (таннинов, смол, камедей, пектинов, жиров и др.), растворимых в воде, спирте или эфире.

У хвойных пород (сосна, лиственница) в заболони целлюлозы и лигнина больше, чем в ядре. У некото

www.activestudy.info