6.2. Влияние на пропитку анатомического строения древесины

Пропитываемость древесины различных пород деревьев неодинакова. Пропитываемость древесины зависит от анатомического строения ее, путей передвижения воды, условий пропитки и т.д.

Для нормального функционирования дерева все живые клетки должны быть насыщены водой. Поднятие влаги по стволу в листья происходит под действием двух сил: сосущей силы (осмоса) корней (1-2 атм.) и транспирации листьев, создающих в проводящих сосудах давление 10-12 атм.

Благодаря трубчатому строению сосуды служат естественными каналами для проведения антисептиков вдоль волокон древесины. Однако их эффективность зависит от степени свободы их от экстрактивных веществ и тилл, а также от их размеров, количества и распределения, т.е. факторов, которые у различных пород широко варьируют. В зависимости от расположения сосудов лиственные породы обычно делятся кольцесосудистые и рассеяннососудистые. Когда в сосудах нет препятствий, распределение антисептика у рассеяннососудистых пород проходит более равномерно, чем у кольцесосудистых, у которых весенняя древесина может более интенсивно пропитаться, чем летняя.

В проводящих сосудах древесины заключены непрерывные столбы жидкости, которые не содержат воздуха и благодаря этому не происходит разрыва водяных столбов. Сила сцепления воды измеряется сотнями атмосфер и вполне достаточна для создания непрерывного водяного столба высотой 100-150 м.

Теоретически, пользуясь силами, поддерживающими водяной столб, можно пропитать дерево различными растворами на всем его протяжении и существуют методы пропитки дерева на корню.

На практике же чуждое растению вещество, например краситель, нельзя ввести в растение просто поливая почву раствором вещества или опуская растение в раствор. Дело в том, что корневые волоски растений обладают избирательной проницаемостью для различных растворов, поэтому не все вещества способны проникать таким путем в растения и накапливаться в них в достаточных количествах.

Главными путями переноса воды от корня к листьям являются проводящие ткани, основными гистологическими элементами которых являются сосуды и трахеиды.

Сосуды образуются из длинного ряда коротких клеток путем растворения разделяющих их поперечных перегородок. Они встречаются только в древесине лиственных пород и имеют длину от 10 см до 2-3 м.

У хвойных пород роль сосудов выполняют трахеиды. Они представляют собой отдельные прозенхимные клетки длиной 1-2 мм и располагаются правильными радиальными рядами. Форма их поперечного сечения может быть либо квадратной, либо прямоугольной.

По сосудам (у лиственных) и трахеидам (у хвойных) передвигается вода от корней к листьям. Передвижение воды происходит легче по сосудам, представляющим собой полые трубки, чем по трахеидам, которые соединены друг с другом только порами. Скорость передвижения воды в древесине лиственных пород равна в среднем 20 куб см в час на 1 кв. см площади сечения, а в хвойных – только 5 куб см. Эти данные показывают, что древесина хвойных пород должна пропитываться медленнее, чем древесина лиственных пород.

Поскольку сосуды и трахеиды вытянуты вдоль ствола, вода легче всего проходит по дереву именно в продольном направлении. В поперечном направлении прохождение воды крайне затруднено. Передвижение воды в горизонтальном направлении в пределах окружности одного и того же годичного кольца (тангенциально) происходит обычно легче, чем передвижение воды из одного годичного слоя в другой (радиально).

Однако далеко не всегда все сосуды и трахеиды могут проводить воду. У деревьев с ядровой древесиной ток воды происходит по сосудам и трахеидам, расположенным в заболони. Проводящие элементы в ядровой древесине закупорены тиллами, смолой, камедью, другими веществами и воды не пропускают. Поэтому у ядровых пород, например у дуба и сосны, ток воды можно прервать, перепилив только заболонные слои древесины. Наоборот, у заболонных пород (береза, осина) перерыв водного тока путем частичного перепиливания ствола невозможен. Исходя из этого можно сделать вывод о том, что ядровая древесина должна пропитываться хуже заболонной.

Слабо пропитывается также спелая древесина пихты, ели. Заболонь почти всех пород пропитывается удовлетворительно, особенно в коротких сортиментах, причем поглощение антисептика колеблется от 40% для граба и фисташки до 130% для ольхи, только заболонь пихты пропитывается несколько слабее.

Менее плотная древесина (с меньшим объемным весом) заболонных и спелодревесных лиственных пород пропитывается легче, чем более плотная. Для ядровых лиственных и всех хвойных пород такой зависимости не установлено.

Теперь перейдем к классификации наиболее распространенных пород древесины по их отношению к пропитке. Древесные породы располагаются в следующий ряд, начиная с наиболее трудно пропитываемых нацело:

1) ядровые хвойные – лиственница, кедр, сосна;

2) ядровые лиственные – фисташка, дуб;

3) спелодревесные хвойные – пихта, ель;

4) спелодревесные лиственные;

5) заболонные лиственные – ольха, береза, осина.

Следует только отметить, что ель и пихта легко пропитываются в заболонной и близкой к ней части древесины при пропитке с торца, но при обработке под давлением в пропиточных цилиндрах крупные сортименты этих пород пропитываются наиболее трудно и в этом случае должны быть поставлены в приведенном ряду на первое место.

В соответствии с этой поправкой, получим для пропитки под давлением следующий ряд, начиная с трудно пропитываемых:

1) хвойные спелодревесные – ель, пихта (наиболее трудно пропитываются в пропиточных цилиндрах);

2) хвойные ядровые - лиственница, кедр, сосна (заболонь пропитывается легко, а сухое ядро не пропитывается);

3) лиственные ядровые – фисташка, дуб, ясень (заболонь пропитывается легко;

4) лиственные спелодревесные и заболонные – бук, липа, ольха, клен, береза, осина (в пропиточных цилиндрах под давлением легко пропитываются нацело или очень глубоко).

На практике при пропитке древесины даже одной и той же породы получаются не всегда одинаковые результаты. Чаще всего это происходит при пропитке древесины хвойных пород. Это связано прежде всего с неоднородностью строения древесины, и, естественно, следует ожидать, что различные по плотности и оснащенности порами участки древесины будут пропитываться различно, поглощая при этом разное количество пропиточной жидкости. Чем больше пор в данном участке древесины и чем тоньше стенки клеток, тем легче и более равномерно будет происходить процесс пропитки древесины.

У хвойных пород, у которых годичные слои особенно резко выделяются, обычно относительно более плотная поздняя часть годичных слоев легче пропитывается, чем более рыхлая ранняя древесина. В то же время известно, что среднее число пор в трахеидах ранней древесины заметно больше, чем в трахеидах поздней древесины. Внутриклеточные пространства в ранней древесине также больше, чем у толстостенных трахеид поздней древесины. Однако число закрытых торусом пор у поздних трахеид меньше, чем у ранних.

У хвойных пород смоляные ходы, заполненные смолой, не проводят жидкости. Поэтому характер и расположение их влияет на пропитку. Существенное влияние на пропитку, при равной степени засмоленности древесины и одинаковой длине трахеид, оказывает средний диаметр трахеид: чем он больше, тем лучше идет процесс пропитки.

Таким образом, степень и качество пропитки древесины зависят не только от породы, но и от присущего дереву индивидуального анатомического строения, которое в свою очередь зависит от условий произрастания дерева.

Следовательно, схема проникновения пропиточного раствора в древесину будет такова:

Пропиточный раствор быстрее всего проникает по сосудам и трахеидам заболони (вдоль волокон) и медленно в радиальном направлении (из одного годичного кольца в другой). По годичным слоям (в тангециальном направлении) раствор у большинства древесных пород будет проходить медленнее, чем вдоль волокон, но быстрее, чем в радиальном направлении (из одного годичного слоя в другой).

Клетки механической ткани и основной паренхимы, непосредственно соприкасающиеся с раствором, пропитываются путем диффузии раствора через клеточные стенки, а также через поры медленнее, чем сосуды.

Клетки механической ткани и основной паренхимы внутри древесины пропитываются путем перехода раствора через поры и путем диффузии через стенки сосудов.

Таким образом, процесс пропитки древесины смачивающими ее веществами распадается на три неравные по длительности пропитки части:

1) проникновение раствора в сосуды (у хвойных отсутствует);

2) проникновение раствора из одних клеток в другие через поры;

3) пропитка раствором стенок клеток и проникновение раствора в другие клетки путем диффузии.

Обобщая вышеизложенное, можно констатировать, что способность древесины той или иной породы пропитываться зависит не только от того, к какой группе (ядровой, спелодревесной или заболонной) она принадлежит, не только от класса (хвойная или лиственная), но и от вида древесной породы. Каждый вид древесины имеет свои особенности в строении проводящих путей (длина и диаметр сосудов, трахеид), механических тканей (величина клеток и пор, расположение и количество пор), паренхимы (количество, размеры и расположение сердцевинных лучей, древесной паренхимы).

Кроме того, пропитка древесины одной и той же породы зависит от условий местопроизрастания, положения в насаждении, полноты, возраста и т.д. Следует отметить, что пропитываемость древесины вязкими жидкостями и настоящими растворами неодинакова и все, что говорилось о пропитываемости древесины относится в основном к настоящим растворам. Имеются также различия в процессах пропитки древесины смачивающими и не смачивающими ее жидкостями.

В наиболее простом случае, при пропитке древесины не смачивающими ее жидкостями (например, расплавленными металлами), пропиточное вещество заполняет лишь пустоты (полости сосудов, внутриклеточные пространства) в древесине

Вещества же, смачивающие древесину, при пропитке не только заполняют пустоты, но и проникают в той или иной степени в клеточные стенки. Процесс проникновения жидкости в стенки клеток является физико-химическим и объясняется тем, что древесина способна сорбировать различные вещества и в первую очередь воду – наиболее часто встречающийся растворитель пропиточных веществ.

Удержание древесиной различных компонентов пропиточной жидкости может происходить по-разному.

При пропитке настоящими или коллоидными растворами высокой степени дисперсности раствор механически удерживается волокнами древесины. После удаления растворителя в древесине остаются растворенные вещества в виде кристаллов или пленки, обволакивающей волокна или фибриллы. Это наиболее часто встречающееся явление.

При пропитке древесины концентрированными растворами некоторых солей может в определенных условиях происходить как набухание, так и частичное растворение древесины. Например, концентрированные растворы хлористого цинка, особенно в присутствии небольших количеств минеральных кислот, могут растворять и экстрагировать углеводную часть древесины и резко уменьшать прочность древесины. Поэтому, во избежание разрушения древесины, например, при пропитке хлористым цинком в пропиточный раствор добавляют металлический цинк для нейтрализации кислоты.