Материал: 4082

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

А.И. Дмитренков

ХИМИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Тексты лекций

Воронеж 2002

2

УДК 634.0813+541.6

Дмитренков А.И. Химия древесины: Тексты лекций. Воронеж: Воронеж.гос. лесотехн. акад., 2002. – 47 с.

В текстах лекций изложены современные представления о строении древесины как природного материала. Дана характеристика и рассмотрены химические свойства основных компонентов древесины: целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина и экстрактивных веществ. Приведены главные направления химической переработки и использования древесины.

Предназначены для студентов I курса лесохозяйственного факультета специальности 260400.

Табл. 8. Ил. 9. Библиогр.: 4 наим.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА

Научный редактор: д-р техн. наук, проф. С.С. Никулин

А.И. Дмитренков, 2002Воронежская государственная

лесотехническая академия, 2002

3

Лекция 1

Общие сведения о древесине и ее свойствах

Пл а н

1.Предмет химии древесины. Древесина и ее компоненты.

2.Строение древесины и коры.

3.Физические свойства древесины.

4.Химический состав древесины и коры.

5.Методы переработки древесины.

Предмет химии древесины. Древесина и ее компоненты

Химия древесины – наука о химических свойствах древесины, ее компонентах и их превращениях при различных воздействиях. Она изучает: химический состав древесины, строение и свойства ее компонентов, их образование и распределение в клеточной стенке, химические реакции и изменения древесины и ее компонентов при химических и физико-химических воздействиях.

Около 95 % древесины составляют целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин и примерно 5 % - экстрактивные вещества.

Химия древесины определяет пути наиболее полного и рационального использования всех веществ, которые получают из древесины. Многочисленные отходы древесины, опилки, ветви, пни, кору и другие можно рационально использовать, только применяя химические методы переработки. Химическая переработка древесины – одно из наиболее перспективных направлений технического прогресса деревоперерабатывающей промышленности.

Древесина – источник почти всего производства бумаги, картона, древесных плит, искусственных волокон, искусственной кожи, канифоли, природных смол, скипидаров, эфирных масел, камфоры, дубильных веществ, витаминов, лекарственных препаратов, этилового, метилового и других спиртов, каучука и т.д. Современная культура, техника, промышленность, медицина и быт немыслимы без продуктов химической переработки древесины.

Древесина была и остается одним из важнейших природных материалов. Она обладает прочностью, упругостью, легкостью, может быть модифицирована в результате соответствующей обработки и химической переработки. Значение древесины как источника химических веществ будет непрерывно возрастать по мере истощения на земле запасов каменного угля, нефти и газа. По сравнению с этими основными источниками химических продуктов древесина является возобновляемым источником при рациональном ведении лесного хозяйства.

4

По запасам древесины Россия занимает первое место в мире. Однако ее запасы быстро сокращаются, поэтому важной народнохозяйственной задачей является рациональное комплексное использование древесины, широкое вовлечение в переработку малоценных пород и отходов древесины. На кафедре химии ВГЛТА ведутся работы по созданию защитных покрытий для древесины и волокнистых материалов на ее основе, что позволяет улучшить их эксплуатационные показатели. Химическое модифицирование древесины различными продуктами позволяет создавать материалы с новым комплексом свойств, повысить водо- и влагостойкость изделий из древесины, их внешний вид, а в ряде случаев и прочностные показатели.

Древесина обладает многими ценными свойствами. Большое достоинство древесины – ее возобновляемость. Древесина – достаточно прочный и в то же время легкий материал. В отличие от хрупких материалов древесина хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам. Она легко обрабатывается на станках. Древесина некоторых пород отличается высокими декоративными свойствами.

Благодаря пористому строению древесина обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Она мало расширяется при воздействии тепла, хорошо противостоит действию газов и слабых растворов некоторых кислот. Древесина – не магнитный материал, поэтому она может быть применена в тех условиях, когда использование, например, металлов невозможно.

К недостаткам древесины следует в первую очередь отнести изменчивость свойств, связанную с ее растительным происхождением. Для древесины характерна ярко выраженная анизотропность: свойства древесины по разным направлениям резко различаются. Древесина обладает способностью поглощать влагу из окружающей среды (гигроскопичностью), приводящей к увеличению размеров, изменению формы деталей, массы и снижению прочности. Не избавлена натуральная древесина и от опасности возгорания.

Основу структуры клеточных стенок древесины составляют высокомолекулярные органические соединения: целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин. Кроме того, в состав древесины входят экстрактивные вещества. Кратко о компонентах древесины можно сказать следующее:

Целлюлоза – Вы уже знакомы с данным веществом – это полисахарид регулярного строения, макромолекулы которого состоят и звеньев β-Д- глюкопиранозы, соединенных глюкозидными связями в положении 1-4.

Гемицеллюлозы – это нецеллюлозные полисахариды клеточных стенок, условно подразделяемые на пентозаны и гексозаны. В пентозанах главная цепь макромолекулы состоит из звеньев пентоз, а в гексозанах – из звеньев гексоз.

Лигнин представляет собой комплект ароматических нерегулярных полимеров, построенных из фенилпропановых звеньев.

5

Эктрактивные вещества древесины и коры включают многочисленные компоненты: смоляные и жирные кислоты, алифатические и ароматические углеводороды, фенолы, эфирные масла, терпены, дубители и др.

Строение древесины и коры

Можно выделить макроскопическое строение древесины, микроскопическое строение и строение клеточных стенок древесины.

Макроскопическое строение древесины (т.е. наблюдаемое невооруженным глазом) изучают обычно в трех разрезах ствола: поперечном (или торцевом) – перпендикулярном оси ствола; продольном радиальном – в плоскости радиуса; и продольном тангенциальном – перпендикулярном к плоскости радиуса.

На торцевом разрезе ствола различают [1]:

-сердцевину диметром 2-3 мм;

-древесину из концентрических колец-годичных слоев;

-кору.

У некоторых пород вся древесина окрашена в один цвет, а у других – центральная часть ствола темнее наружной. Темноокрашенная часть называется ядром, а наружная светлая зона – заболонью. В соответствии с этим породы делятся на ядровые (лиственница, сосна, дуб, тополь, ясень и др.) и безъядровые. Из безъядровых выделяют спелодревесные породы (ель, пихта, осина и др.), у которых центральная часть древесины содержит значительно меньше воды, чем периферийная, и заболонные (береза, ольха, липа), не имеющие спелой древесины.

В раннем возрасте древесина всех пород состоит только из заболони, и лишь с течением времени у некоторых пород образуется ядро. Заболонь служит для проведения воды от корней к кроне и для отложения запасных питательных веществ. Она содержит больше живых клеток, чем ядро. Процесс образования ядра заключается в отмирании живых элементов древесины, закупорке водопроводящих путей, отложении смол, пропитке дубильными и красящими веществами. В результате цвет ядровой древесины изменяется, а плотность увеличивается. Каждый год на стволе откладывается слой древесины. Схематически ствол можно рассматривать как систему конусов возрастающих диаметров и высоты. Годичные слои заметны у многих пород, но особенно хорошо у хвойных. На радиальном разрезе годичные слои имеют вид параллельных полос, а в тангенциальном - извилистых линий.

Древесина снаружи покрыта корой, которая состоит из двух слоев:

-наружного мертвого внешней коры, или корки;

-внутреннего живого – луба, или флоэмы.