Материал: 4082

6

Корка защищает дерево от внешних воздействий, а луб выполняет защитные и проводящие функции. Кора составляет от 7 до 20 % объема ствола и служит сырьем, используемым, например, при дублении кожи.

Микроскопическое строение древесины и коры

Определяют с помощью световых и электронных микроскопов. Основой структуры древесины является клетка. Различные виды расти-

тельных клеток по форме можно разделить на две группы: паренхимные и прозенхимные. Паренхимные (от лат. «пар» - равный и греческого «энхима» - налитое) клетки имеют округлую или многогранную форму примерно с одинаковыми размерами по трем направлениям (0,01-0,1 мм) и обычно тонкие оболочки клеток. В растущем дереве – это живые клетки в пределах заболони. В них хранятся запасные питательные вещества. Паренхимные клетки составляют очень небольшую часть древесины лиственных и еще меньшую – хвойных пород.

Прозенхимные (от греч. «прос» - по направлению к…) клетки – мертвые. Они имеют сильновытянутую, напоминающую волокно форму (диаметр таких клеток 0,01-0,05 мм, длина 0,5-3 мм иногда до 8 мм [1]) и часто утолщенные оболочки. Мертвые прозенхимные клетки составляют 90-95 % древесины. В древесных материалах все клетки мертвые.

Совокупность клеток одинакового строения, выполняющих одни и те же функции, образует ткани.

Врастущем дереве можно выделить следующие виды тканей:

1)покровные, расположенные на поверхности растения;

2)механические, придающие прочность растению;

3)проводящие, служащие для проведения воды с растворенными в ней питательными веществами;

4)запасающие, для хранения запасных питательных веществ (сахаров, крахмала и др.);

5)образовательные, служащие для образования новых клеток путем деления;

6)ассимиляционные, усваивающие углекислоту в процесс фотосинтеза (в основном находятся в листьях).

Древесина всех пород включает: проводящую, механическую и запасающую ткани. В коре к ним присоединяется покровная ткань, а между древесиной и корой находится тонкая прослойка образовательной ткани - камбия. Клетки камбия обладают способностью делиться, образуя клетки древесины и луба.

Имеются различия в микроскопическом строении древесины хвойных и лиственных пород.

8

Сердцевинные лучи у хвойных пород занимают 5-8 % объема и состоят из нескольких рядов паренхимных клеток с простыми порами. У лиственницы, сосны и ели содержатся окаймленные поры. Окаймленные поры имеют в центре утолщенную среднюю часть – торус (рис.2). Через поры клетки древесины сообщаются друг с другом; по ним может передвигаться жидкость.

Смоляные ходы представляют собой межклеточные каналы, они образуют единую смолоносную систему. В зависимости от направления в стволе различают вертикальные и горизонтальные смоляные ходы. Они пересекаются друг с другом.

Древесная паренхима встречается в очень небольшом количестве в виде одиночных клеток или вытянутых вдоль оси ствола рядов клеток.

Строение древесины лиственных пород:

Древесина лиственных пород построена более сложно, в ней больше элементов, и они расположены менее упорядоченно. Она включает:

-проводящие элементы (сосуды, трахеиды);

-механические элементы (волокна либриформа);

-запасающие элементы (сердцевинные лучи и древесная паренхима).

Сосуды – водопроводящие элементы, только лиственных пород, представляют собой длинные тонкостенные трубки.

Трахеиды у лиственных пород бывают двух типов: сосудистые и волокнистые. Волокнистые трахеиды отличаются от волокон либриформа наличием окаймленных пор.

Волокна либриформа являются основным элементом древесины лиственных пород и занимают до 76 % общего объема. Они имеют простые поры и толстые одревесневшие стенки. Их длина 0,3-20 мм, толщина 0,02-0,05 мм.

Сердцевинные лучи в древесине лиственных пород развиты значительно сильнее, чем в хвойных.

Содержание и размеры элементов хвойной и лиственной древесины приведены в табл. 1 [1].

Таблица 1 Содержание и размеры элементов хвойной и лиственной древесины

9

Строение клеточной стенки

Поскольку в стенках клеток заключено все древесное вещество, а выделением отдельных компонентов клеточных стенок (например, целлюлозы) занимается отрасль лесохимической промышленности, то важно рассмотреть строение клеточной стенки и распределения в ней отдельных компонентов.

Клеточная стенка древесных волокон состоит из нескольких оболочек: первичной (Р) и вторичной (S), которые различаются химическим составом и свойствами. Вторичная оболочка (рис.1), в свою очередь, делится на три слоя: наружный S1, средний S2 и внутренний S3.

Первичные оболочки соседних клеток скреплены между собой межклеточным веществом и срединной пластинкой М (на рис.3 – черная зона). В зрелой древесине межклеточное вещество и первичная оболочка в основном состоят из лигнина. Кроме того, здесь содержатся гемицеллюлозы и пектины. У ряда пород со стороны полости клетки имеется бородавчатый слой W.

Рис. 3 Схема поперечного разреза древесного волокна

Основное вещество, слагающее клеточную стенку, - целлюлоза (от лат. «целлюла» - клеточка). Макромолекулы целлюлозы в клеточных стенках имеют определенное взаимное расположение, которое создает надмолекулярную структуру целлюлозы. Единицей надмолекулярной структуры целлюлозы в клеточных стенках является целлюлозная фибрилла.

Целлюлозная фибрилла – это пучок макромолекул целлюлозы, ориентированных в одном направлении. В зависимости от толщины пучка различают макрофибриллы (видимые в оптический микроскоп), микрофибриллы и элементарные фибриллы (видимые только в электронный микроскоп).

Средний диаметр элементарных фибрилл ~ 3,5 мм, в их состав входят ~ 30-40 % молекул целлюлозы.

10

Микрофибриллы представляют собой лентоподобные образования, имеют толщину 5-10 нм, ширину 10-30 нм, длину – несколько микрометров и включают элементарные фибриллы. Макрофибриллы имеют поперечные размеры порядка 400 нм и более.

Вклеточной стенке древесины между микрофибриллами целлюлозы залегают гемицеллюлозы и лигнин, так что в необработанной древесине все три ее компонента выглядят как единое целое.

Впервичной оболочке микрофибриллы целлюлозы занимают менее 1/3

ееобъема, они переплетаются между собой, образуя рыхлую сетку. Основную часть объема первичной оболочки занимают лигнин и гемицеллюлозы.

Во вторичной оболочке целлюлоза значительно преобладает над другими компонентами, а ее микрофибриллы плотно упакованы и располагаются параллельно друг другу. С этим связана высокая прочность вторичной оболочки, которая определяет основные механические функции растения.

Внаружном, среднем и внутреннем слоях вторичной оболочки микрофибриллы ориентированы под определенными углами к оси волокна, в результате чего образуется спиральная текстура.

Физические свойства древесины

Плотность древесины: различают относительную плотность древесного вещества и плотность древесины. Плотность древесного вещества для различных пород колеблется от 1500 до 1560 кг/м3. Плотность древесины зависит от пористости ее клеточных стенок, а также от ее влажности. Стандартная влажность древесины 12 % [2].

Отношение древесины к воде: древесина почти никогда не бывает сухой. Для химической переработки важны следующие свойства древесины, связанные с водой: влажность, гигроскопичность или влагопоглощение, водопоглощение, водопроницаемость.

Влажность выражают или в % по отношению к массе абсолютно сухой древесины (абсолютная влажность), или по отношению к массе влажной древесины (относительная влажность). Различают две формы влаги в древесине: связанную и свободную. Связанная содержится в толще клеточных оболочек, свободная – находится в полостях клеток и межклеточных пространствах. При высыхании древесины сначала испаряется свободная влага, а затем связанная.

Влагопоглощением, или гигроскопичностью, древесины называют ее способность поглощать влагу из окружающего воздуха. Вследствие этого увеличивается содержание связанной влаги.