На главную: Строительное дело
Вход
Строительное делоМастеровойДревесиноведениеХимические свойства древесиныХимический состав древесины

ДревесиноведениеВ начало раздела

Обработка древесины, сушка и классификация древесины, свойства дерева)
НЕ понравилась
0
Понравилось

Химический состав древесины

Как уже указывалось при описании строения клеточной оболочки, древесина состоит из органических веществ, в состав -которых входя г углерод (С), водород (Н), кислород (О) и немного азота (N). Содержание первых трех элементов в древесине разных пород практически одинаково, что видно из данных табл. 15.

Таблица 15

Содержание углерода, водорода и кислорода в древесине разных пород

Порода В % от веса абсолютно-сухой древесины
С Н О
Сосна 49, 6 6, 4 44, 0
Лиственница 50. 1 6, 3 43, 6
Дуб 49, 4 6, 1 44, 5
Вяз 50, 2 0, 4 43, 4
Ясень
48, 5 6, 3 45, 2
Береза 48, 6 6, 4 45, 0
Тополь 49, 7 6, 3 44, 0
Липа 49, 4 6, 9 43, 7

В среднем абсолютно-сухая древесина независимо от породы содержит углерода 49, 5%; кислорода (с азотом) 44, 2%; водорода 6, 3%. Азота в древесине содержится около 0, 12%. Элементарный состав древесины ствола и ветвей различается мало. Влияние условий произрастания практически не сказывается на содержании основных элементов: по данным Кальнинша (Латвийская ССР), элементарный состав древесины сосны из древостоев разных типов оказался почти одинаковым. Кроме органических веществ, в состав древесины входят минеральные вещества, дающие при сгорании золу, количество которой в зависимости от породы колеблется в пределах 0, 2-1, 7%. В одной, и той же породе количество золы в известной мере зависит от части дерева и от положения в стволе, от возраста и условий произрастания. Наибольшее количество золы дают кора и листья; так, древесина ствола дуба дает 0, 35%, листья 3, 5% и кора 7, 2% золы. Древесина ветвей содержит золы больше, чем древесина ствола; например, ветви березы и ели дают при сгорании соответственно 0, 64 и 0, 32% золы, а древесина ствола - 0, 16 и 0, 17%. Повышенное содержание золы наблюдается в древесине верхней части ствола. Отсюда ясно, что в молодом возрасте древесина дает золы больше; так, количество золы для древесины бука в возрасте 10 лет составляет 0, 56%, в возрасте 20 лет - 0, 46% и в возрасте 50 лет -0, 36%.

Химический состав золы дан в табл. 16; он несколько меняется в зависимости от породы и почвенных условий.

Таблица 16

Химический состав золы различных порог

Порода Зола в % Состав золы в и
К2О Na20, MgO CaO P2A5 SO3 SiO2
Сосна 0, 29 0, 04 0, 01 0, 03 0, 14 0, 02 0, 01 0, 04
Дуб 0. 51 0, 05 0, 02 0, 02 0, 37 0, 03 0, 01 0, 01
Бук 0, 55 0, 09 0, 02 0, 06 0. 31 0, 03 0, 01 0, 03
Береза 0, 26 0. 03 0, 02 0, 02 0, 15 0, 02 0, 01 0, 01

Часть веществ (13-25%), входящих в состав золы, растворима в воде (главным образом поташ и сода); в прежнее время поташ и добывали из древесной золы.

Входящие в состав древесины основные элементы образуют сложные органические соединения, часть которых составляет клеточную оболочку, а другая часть содержится в полостях клеток. Как уже указывалось, оболочки клеток построены главным образом (около 96% от веса сухой древесины) из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы, а в полостях клеток содержатся дубильные и красящие вещества, смолы и камеди, эфирные масла и алкалоиды.

Количество основных органических веществ в древесине разных пород приведено в табл. 17.

Таблица 17

Основные органические вещества в древесине разных пород (в %)

Порода Целлюлоза, свободная от пентозанов Лнгннн Гемицеллюлозы
гексозаны пентозавы
Сосна 41, 93 29, 52 12, 78 8, 70
Пихта 44, 06 27, 98 13, 00 9, 74
Ясень 40, 24 26, 01 5, 70 19, 29
Бук 45, 41 22, 69 4, 36 17, 79
Береза 41, 85 28, 27 4, 61 23, 20
Ольха 43, 64 24, 57 3, 65 15, 90
Тополь 47, 36 22, 45 2, 60 15, 36

Цифры, приведенные в табл. 17, показывают, что относительное содержание отдельных составных частей клеточной оболочки в древесине разных пород несколько колеблется. С учетом различия в методах исследования, оказывающих влияние на результаты, можно считать установленным, что древесина хвойных пород содержит заметно больше гексозанов. а древесина лиственных пород больше пентозанов.

В среднем можно принять, чго в древесине хвойных пород содержится 53-54% целлюлозы, 26-29% лигнина, 10-12% пентозанов и около 13% гексозанов; в то же время древесина лиственных пород содержит 43-45% целлюлозы, 19-26% лигнина, 21-26% пентозанов и 3-6% гексозанов.

Целлюлоза в клеточной оболочке находится в соединении с прочими компонентами; особенно тесная связь, характер которой до сих пор не ясен, наблюдается между целлюлозой и лигнином. Считалось, что лигнин и целлюлоза соединены лишь механически. Однако в последнее время начинают склоняться к признанию химической связи между этими двумя главными компонентами клеточной оболочки.

Целлюлоза

Основным веществом клеточных оболочек древесины является целлюлоза; она относится к полисахаридам и имеет формулу (С6Н10O5) n, где n - коэфициент полимеризации. число точно не установленное. Целлюлоза представляет собой весьма стойкое вещество, не растворимое в воде, спирте, эфире, ацетоне и других обычных органических растворителях. Она растворяется в аммиачном растворе окиси меди, в концентрированном растворе хлористого цинка, в горячем насыщенном растворе роданистого калия. Из растворов она осаждается в виде рыхлого хлопьевидного осадка, который после промывки и высушивания превращается в белый порошок.

При действии на целлюлозу кислот она претерпевает различные изменения и превращения. Если погрузить целлюлозу в крепкую серную кислоту (80%) на 5-10 сек. и затем отмыть кислоту водой, поверхностные слон целлюлозы набухают, теряют волокнистую структуру и после высыхания становятся плотными и водонепроницаемыми, превращаясь в амилоид. На этой реакции основано получение пергаментной бумаги.

При действии на целлюлозу крепких минеральных кислот или разбавленных, но в течение более продолжительного времени и при нагревании, целлюлоза гидролизуется, превращаясь в конечном итоге в сахар - (глюкоза). Этот процесс называется кислым гидролизом; на нем основано получение из древесины ряда продуктов: кормового сахара, винного спирта (путем сбраживания сахара), кормовых и пищевых дрожжей (путем выращивания на растворах сахара), кристаллической глюкозы. Сырьем для гидролиза служат отходы лесопильных и деревообрабатывающих предприятий в виде опилок (для гидролиза разбавленными кислотами) или измельченной до степени кусков в 4-5 мм щепы (для гидролиза крепкими кислотами).

При действии на целлюлозы смеси азотной и серной кислот образуются азотнокислые эфиры, или нитраты целлюлозы.

Низшим продуктом нитрования целлюлозы является коллодийная вата, получаемая при обработке целлюлозы смесью из 16 частей HN03, 65 частей H2SO4 и 19 частей воды; из коллодийной ваты в дальнейшем могут быть получены коллодий, целлулоид, нитроцеллюлозные лаки, искусственный шелк.

Высшим продуктом нитрования является тринитрат целлюлозы, или пироксилин, получаемый в виде волокнистой массы, похожей на исходную целлюлозу. Пироксилин является взрывчатым веществом. Для изготовления его служит хлопковая целлюлоза; целлюлоза из древесины также может быть употреблена для этой цели, но лишь после повторной ее обработки (облагороженная целлюлоза).

При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (СНзСО)2О в присутствии серной кислоты или хлористого цинка (в качестве катализаторов) образуются уксусные эфиры целлюлозы, или ацетаты, в виде аморфного порошка белого цвета, растворимого в органических растворителях. В технике применяются вторичные ацетаты, растворимые в ацетоне, для производства искусственного шелка (ацетатный шелк), лаков, пластмасс и пр.

Слабые растворы едких щелочей не вызывают изменений древесины. Концентрированный (17-25%) раствор NaOH превращает целлюлозу в алкалицеллюлозу, которая при действии сероуглерода (CS2) дает ксантогенат целлюлозы в виде оранжевой массы; при растворении его в 4%-ном растворе NaOHполучается густая, вязкая жидкость - вискоза, применяемая для получения искусственного шелка (вискозный шелк).

Содержание большого количества целлюлозы делает древесину основным источником сырья для получения технической целлюлозы, представляющей собой полуфабрикат в производстве бумаги.

Бумага может быть изготовлена из древесной массы и целлюлозы. Древесная масса получается путем истирания древесины на дефибрерах, в которых древесина прижимается к вращающемуся камню, орошаемому водой. В результате получается волокнистая масса, содержащая все составные части клеточной оболочки (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы). Эта масса очищается от щепок и пучков волокон в сортировках, сгущается до концентрации 5-6% и в таком виде поступает для производства бумаги. Если древесину предварительно пропарить под давлением 6 ат в течение 6-12 час. , она истирается значительно легче. Древесная масса получается при этом бурого цвета и употребляется для изготовления оберточной бумаги. Для производства древесной массы наиболее пригодна древесина ели, пихты, отчасти осины и тополя.

Для получения целлюлозы измельченная древесине обрабатывается под давлением горячими кислыми или щелочными растворами, в которых растворяется лигнин и частично гемицеллюлоза, а целлюлоза остается. Чаще всего производство целлюлозы осуществляется по сульфитному (кислому) способу из древесины ели. Предварительно ошкуренная древесина измельчается до степени щепы размером 20-30 мм и загружается в железные котлы емкостью до 300 м3, выложенные кислотоупорными плитками. Варка производится в растворе бисульфита кальция Ca(HSO3)2. По окончании варки целлюлоза очищается от примесей (сучки, щепки, песок и т. п. ); если от целлюлозы требуется белый цвет, она отбеливается при помощи хлора или гипохлоритов калия и натрия.

По сульфатному (щелочному) способу варка производится в растворе едкого (NaOH) и сернистого (Na2S) натра, при этом может быть применена более смолистая древесина сосны.

Гемицеллюлозы

Гемицеллюлозы также относятся к полисахаридам и по химическому составу близки к целлюлозе. Однако они обладают меньшей химической стойкостью и легко гидролизуются при действии кислот, переходя в раствор. Гемицеллюлозы делятся на пентозаны (в древесине главным образом содержится ксилан) и гексозаны (маннан и галактан). . При гидролизе пентозаны дают пентозы - сахара, не способные бродить, а гексозаны дают гексозы - сахара, способные бродить и давать спирт. При кипячении с 12%-ной соляной кислотой пентозаны дают фурфурол (С5Н402); эта реакция для них весьма характерна. Фурфурол применяется при производстве каменноугольных красителей и пластических масс.

Лигнин

Согласно имеющимся данным, лигнин нельзя считать одним определенным химическим соединением; вероятно, он является сочетанием нескольких веществ, соотношение которых непостоянно как в самой древесине, так и при различных способах выделения лигнина. Изолированный химическими методами лигнин не идентичен с лигнином, входящим в состав оболочки, так как для его выделения применяются такие энергичные способы, которые неизбежно вызывают изменения лигнина. Для лигнина характерно присутствие метоксильных групп (ОСН3), обусловливающих образование при сухой перегонке древесины метилового спирта, который чистая целлюлоза не дает. По элементарному составу лигнин отличается от целлюлозы большим содержанием углерода: так, целлюлоза содержит 44, 34% С; 49, 28% О и 6, 38% Н, а лигнин -64, 4% С; 29, 7% О и 5, 9% Н.

Лигнин менее стоек, чем целлюлоза, и легче подвергается действию горячих щелочей, окислителей и пр. При действии на лигнин сернистой кислоты он переходит в раствор, образуя лигносульфоновую кислоту, на чем и основано получение из древесины технической целлюлозы.

Дубильные вещества, или танниды. В древесине многих пород находятся дубильные вещества. Они обладают вяжущим вкусом, растворяются в воде и спирте, дают темносинюю или зеленоватую окраску с солями железа. С белками (альбумин) и некоторыми алкалоидами дубильные вещества дают осадки. Им присуще свойство дубить сырые шкуры, превращая их в кожу, вследствие чего дубильные вещества широко используются в кожевенном производстве.

Вместе с таннидами при их получении из древесины извлекаются и другие вещества (сахар, красящие вещества и др. ), называемые нетаннидами. Существует мнение, что нетанниды оказывают вредное влияние при дублении, поэтому в дубильном материале должно быть не менее 50% таннндов. Представление о количестве дубильных веществ в древесине некоторых пород дает табл. 18.

Как видим, среди наших лесных пород наибольшее количество дубильных веществ содержит древесина дуба и каштана; эти породы и используются для получения дубильных экстрактов. Количество дубильных веществ в древесине одной и той же породы зависит от условий произрастания, возраста дерева, положения в стволе. По данным П. И. Павловича, наименьшее содержание таннидов в древесине дуба наблюдается в северовосточных районах (Горьковская область); по направлению на юг количество таннидов возрастает, достигая максимума- в УССР и БССР. С возрастом количество таннидов в древесине дуба повышается. Заболонь в стволах дуба содержит таннидов меньше, чем ядро. По высоте ствола количество таннидов в дубе уменьшается от основания ствола до высоты 1, 5 м, а выше по стволу - несколько возрастает.

Таблица 18

Содержание дубильных веществ в древесине разных пород

Порода Содержание в %
танниды нетанниды
Каштан съедобны 6, 13 1, 8-1, 9
Дуб зимний, ядро 6, 11 2, 72
Дуб зимний, заболонь 3, 92 З, 11
Акация белая 3, 4 -
Ольха орегонская 5, 7 -
Каебрахо 20-40 1, 6

Кроме древесины, дубильные вещества содержатся и в других частях дерева - коре и листьях (табл. 19), причем в большем количестве, чем в древесине. Особенно высокое содержание дубильных веществ наблюдается в коре некоторых экзотических город, например мангрове.

Таблица 19

Содержание дубильных веществ в коре и листьях

Порода Часть растения Содержанке в %
таннидов нетаннидов
Дуб Кора 11, 0 4, 5
Ива - 11, 0 13, 0
Ель - 11, 0 10-11
Пихта - 12, 0
Сосна - 18-12 9-8
Лиственница - 12-13 6-8
Мангрове восточный И 34, 5 10, 5
Сумах Листья 9, 5-25, 5 13, 7-24, 9
Бадан - 15-21 15-25

Дубильные вещества получают из древесины коры или листьев путем экстрагирования водой в особых аппаратах - диффузорах. После экстрагирования дубильные вещества осветляют (очищают) от посторонних примесей при помощи фильтрации или обработки коагулирующими веществами (альбумилом, бычачьей кровью и др. ). После осветления раствор дубильных веществ, имеющий крепость 3-6° по Боме, упаривают в вакуум-аппаратах до крепости 25° по Боме.

Красящие вещества

Красящие вещества в древесине имеют желтый, красный, коричневый и синий цвет. Желтые красящие вещества встречаются в древесине желтого дерева, маклюры и сумаха. В древесине двух первых пород присутствуют два красящих вещества: морин и маклюрин, причем красящая способность принадлежит морнну; краска из желтого дерева применяется для окраски шерсти, а из маклюры - для окраски кожи. Красящие вещества красного цвета находятся в древесине некоторых тропических пород, известных под названием красного дерева. Наиболее богато красящими веществами бразильское красное дерево. Древесина его содержит бразилин, растворяющийся в едком натре (раствор имеет карминово-красный цвет); краска эта применялаcь для крашения бумажных и шерстяных тканей, но в настоящее время вытеснена синтетическими красителями. Синее красящее вещество находится в древесине кампешевого дерева из Южной Америки; красящая способность обусловливается гематоксилином, который на воздухе переходит в гематеин; раствор последнего в аммиаке имеет коричнево-фиолетовый цвет, а в соединении с солями меди дает непрочную синюю окраску.

Смолы

Смолы могут находиться в особых клетках или полостях древесины и коры или пропитывать оболочки клеток: В химическом отношении смолы представляют собой вещества, весьма разнообразные по составу; они разделяются на три группы: 1) бальзамы (или жидкие смолы), содержащие много эфирных масел; 2) собственно смолы (твердые) и 3) гумми-смолы или камеде-смолы, содержащие растворимые в воде гуммиобразные вещества.

Из жидких смол наибольшее значение имеет живица, получаемая из древесины сосны путем подсочки. Наиболее распространенный способ подсочки в СССР заключается в следующем: на обнаженной от грубой коры (корки) части ствола проводят вертикальный желобок, по которому живица стекает в расположенный внизу приемник. От желобка в обе стороны снимают полосками кору, затрагивая и заболонь; эти полоски, расположенные под углом 70-80° одна к другой, называются подновками и наносятся одна за другой в направлении сверху вниз по стволу через определенные промежутки времени (рис. 41). Перерезанные подновками смоляные ходы выделяют живицу, которая собирается в приемнике. Нанесенная дереву рана называется к а р р о й. В Ленинградской области подоочка сосны дает 150-300 кг живицы на 1 га. Живица имеет вид густой, липкой, прозрачной жидкости с ароматическим запахом; на воздухе она довольно быстро превращается в баррас -хрупкую белесоватую массу. Живица растворяется в эфире и бензоле и состоит из скипидара (или терпентинного масла) и канифоли.

Скипидар состоит из углеводородов ряда терпенов (С10Н16) и находит широкое применение в производстве лаков, медицине, а в последнее время - для производства искусственной камфоры.

Канифоль состоит главным образом из смоляных кислот, принадлежащих к группе абиетиновой и пимаровой, и веществ, не растворимых в щелочах, называемых резенами. Канифоль употребляется при проклейке бумаги, для производства лаков, типографской краски, при мыловарении, при пайке металлов и пр.

 Подсочка сосны: 1 - харра; 2 - приемник для живицы

Рис. 41. Подсочка сосны: 1 - харра; 2 - приемник для живицы

Скипидар отделяется от канифоли путем перегонки живицы с водяным паром: скипидар при этом отгоняется, а в аппарате остаются твердые смоляные кислоты, превращаемые довариванием в канифоль. В среднем из сосновой живицы получается 19-20% скипидара и 70% канифоли.

Кроме живицы, скипидар и канифоль получают из старых, пробывших в земле не менее 10-15 лет, сосновых пней (пневый осмол) путем перегонки измельченной древесины с водяным паром (паровой скипидар), путем экстрагирования измельченной древесины бензином и другими растворителями (экстракционный скипидар) или путем сухой перегонки пневой древесины (сухоперегонный скипидар). Скипидар и канифоль из пневого осмола отличаются по составу от таких же продуктов из живицы и по качеству стоят ниже.

Канадский бальзам получается из коры пихты бальзамической (Abies balsamea Marschal) и канадской (Abies canadensis I. . ) при помощи проколов смоляных желваков. Канадский бальзам имеет вид густой прозрачной жидкости соломенно-желтого, цвета. Употребляется для склеивания стекол, линз, приготовления микроскопических препаратов, лаков для живописи. К канадскому бальзаму близко стоит по свойствам смола из коры сибирской (A. sibirica Ledeb. ) и кавказской (A. Nordmanniana Link. ) пихты, которая вполне может заменить импортный канадский бальзам.

Особую группу веществ, близких к смолам, представляют собой млечные соки некоторых растений; среди этих веществ наибольшее значение имеют каучук и гуттаперча.

Сырой каучук представляет аморфную массу разного цвета - от светложелтого до темного. Служит для изготовления различных резиновых изделий и применяется чаще в вулканизированном виде. Вулканизация производится путем обработки каучука серой или веществами, содержащими серу. Вулканизация большим количеством серы при высокой температуре дает твердую роговую массу черного цвета - эбонит, имеющий большое применение. В СССР за последнее время найден ряд травянистых растений, содержащих каучук: кок-сагыз, тау-сагыз, крым-сагыз и др.

Из отечественных кустарников, содержащих гуттаперчу, следует назвать бересклет бородавчатый (Evonymus verrucosa Scop. ) и европейский (Evonymus europeus L. ); гуттаперча содержится в коре корней (около 7%). Очищенная гуттаперча имеет вид буроватой твердой массы, растворимой в сероуглероде, скипидаре, хлороформе и отчасти в спирте. Применяется в сыром и вулканизированном виде (изоляция морских кабелей, матриц в гальванопластике и пр. ).

Камеди

Выделяются из растений в виде прозрачной густой жидкости, быстро твердеющей на воздухе. Они обычно образуются в результате патологических процессов в растении. Камеди не растворяются в обычных органических растворителях (бензол, спирт, эфир), с водой дают растворы коллоидального характера или разбухают в ней. По составу являются калиевыми, кальциевыми и магниевыми солями сложных органических кислот в смеси с углеводами (гемицеллюлозы). В качестве примера камедей можно назвать г у м м и - а р а б и к, получаемый из стволов тропических акаций (Acacia aravica Willd и др. ), растущих в Египте и других частях Африки, а также вишневый клей, вытекающий из стволов вишни. Следует также отметить, что в древесине стволов сибирской лиственницы (Larix nbirica К. ) содержится в среднем 14-15% камеди. Камеди служат для изготовления клея, применяются в спичечной и текстильной промышленности, в медицине (пилюли), в кондитерском производстве и пр.

Эфирные масла

Из эфирных масел следует упомянуть о камфорном масле, которое содержится в древесине камфорного лавра (Cinnamomun camphora) и получается из нее путем отгонки водяным паром. Камфорный лавр произрастает в Японии, Китае и на острове Формозе; у нас разводится на Кавказе. Камфорное масло идет для получения камфоры (C10H16O), которая применяется в медицине и для производства целлулоида. Хвоя и шишки пихты содержат пихтовое масло (у A. sibirica Ledeb. в хвое 0. 63-3. 0%), представляющее собой прозрачную бесцветную жидкость с ароматический запахом, быстро испаряющуюся на воздухе; применяется в парфюмерии, производстве лаков, синтетической камфоры.

Среди алкалоидов необходимо назвать хинин (C20H21N2O2 * ЗН2О), который находится в коре и отчасти в древесине хинного дерева (некоторые виды Cinchona, особенно С. officinalis), произрастающего в Южной Америке; у нас разводится на Черноморском побережье. Хинин применяется в медицине как ценное противомалярийное средство.

{nb_link}
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
Регистрация | Забыли пароль? | Контанкты | Правила
Последние комментарии | Теги | Каталог ссылок
О сайте | Карта сайта | Наша команда | Список пользователей
Статистика | RSS | RSS отзывов
2009 © DeloStroika.ru - Сайт представляет Вам материалы по строительной тематике: строительство домов, коттеджей, ремонтные работы в доме и ремонт в квартире. Самостоятельно Вы сможете научиться строить гараж, построить баню, построить бассей и другие хоз. постройки. Видео раздел предлагает к просмотру материалы внутренней отделки и интерьера помещений Вашей квартиры.
* При полном или частичном использовании материалов сайта, активная (dofollow) гиперссылка на страницу материала обязательна.
Запросов: 2 (0.0035)
Rambler's Top100