Микроскопическое строение древесины, сердцевины и коры
Растительные клетки и ткани. Применяя обычные световые (фотонные) микроскопы и гораздо более мощные электронные микроскопы — просвечивающие (ПЭМ) и растровые (РЭМ), можно обнаружить мелкие детали строения древесины и коры. Растровые электронные микроскопы дают трехмерное изображение. С помощью светового микроскопа было обнаружено, что все растения состоят из клеток, разнообразных по форме, а каждая клетка — из оболочки и живого содержимого — протопласта.
Все виды растительных клеток по форме можно разделить на две основные группы: паренхимные и прозенхимные. Паренхимные (от лат. par — равный и гр. ehchyma — налитое) клетки имеют округлую или многогранную форму с примерно одинаковыми размерами по трем направлениям (0,01 ...0,1 мм), оболочки клеток обычно тонкие. Прозенхимные (от гр. pros — по направлению к...) клетки имеют сильно вытянутую, напоминающую волокно форму (диаметр таких клеток 0,01...0,05 мм, длина 0,5... 3, иногда до 8 мм) и часто утолщенные оболочки. Древесина растущего дерева в основном состоит из мертвых клеток, и лишь часть клеток (паренхимные) сохраняет живой протопласт.
Совокупность клеток одинакового строения, выполняющих одни и те же функции, образует т к а н и. В растущем дереве представлены следующие типы тканей: 1) покровные, расположенные на самой поверхности растения; 2) механические, придающие прочность телу растения; 3) проводящие, служащие для проведения воды с растворенными в ней питательными веществами; 4) запасающие, являющиеся хранилищами запасных питательных веществ (сахаров, крахмала и др.); 5) образовательные, функцией которых является образование новых клеток путем много кратного деления; 6) ассимиляционные, усваивающие углекислоту в процессе фотосинтеза.
Ассимиляционная ткань достигает наибольшего развития в листьях. Древесина включает проводящую, механическую и запасающую ткани, в коре к ним присоединяется покровная ткань; между древесиной и корой находится тонкая прослойка образовательной ткани — камбия.
Проводящую и механическую функции выполняют прозенхимные клетки с отмершим протопластом — трахеиды, которые в растущем дереве расположены главным образом вертикально. Они занимают свыше 90 % объема древесины. Запасающую функцию выполняют живые паренхимные клетки.
Рис. 8. Поры в стенках клеток:
а — простая; б — окаймленная; 1 отверстие поры; 2 — мембраны; 3 — торус
Рис. 9. Схема микроскопического строения древесины сосны (по В-Е-Вихрову):
1 — годичный слой; 2 — многорядный луч с горизонтальным смоляным ходом; 3 — окаймленная пора; 4 — сердцевинные лучи; 5 — ранние трахеиды; 6 — лучевая трахеида; 7 — вертикальный смоляной ход; 8 — поздняя трахеида
Трахеиды. У всех хвойных пород трахеиды имеют форму сильно вытянутых волокон с одревесневшими стенками и кососрезанными концами. На поперечном разрезе У большинства пород они по форме близки к прямоугольникам (иногда квадратам), а у лиственницы к пяти- или шестиугольникам- Трахеиды собраны в радиальные ряды. В каждом ряду крупнополостные трахеиды с относительно тонкими стенками сменяются трахеидами, отличающимися малыми полостями и толстыми стенками. Первые из указанных клеток образуются в начале вегетационного периода и называются Ранними трахеидами. Они выполняют в основном проводящую функцию. Вторые — поздние трахеиды — играют роль преимущественно механических элементов. У лиственницы радиальный размер ранних трахеид в среднем 52 мкм, поздних 22 мкм; У сосны соответственно 40 и 20 мкм. Тангенциальный размер трахеид у этих пород равен примерно 30 мкм. Длина трахеид у лиственницы в среднем 2,6 мм, у сосны 2,8 мм, а у ели от 2,6 до 5 мм.
На радиальном разрезе сердцевинные лучи по высоте состоят из Нескольких рядов паренхимных клеток с простыми порами. У лиственницы, сосны, кедра и ели серцевинные лучи неоднородные: по Их верхнему и нижнему краям располагаются горизонтальные (лучевые) трахеиды с мелкими окаймленными порами (рис. 10, г). Горизонтальные и вертикальные трахеиды в растущем дереве являются мертвыми элементами. У пихты, можжевельника и тиса Лучи однородные, они состоят только из паренхимных клеток.
Паренхимные клетки сердцевинных лучей сосны имеют по одной, а кедра — по две крупные простые (оконцевые) поры. Соответствующее количество таких пор по ширине трахеид обна руживается на участке их перекрещивания с сердцевинными лучами (см. рис. 10, а). У сосны, кедра, лиственницы и ели часто встречаются сердцевинные лучи, которые на тангенциальном разрезе в средней части имеют несколько паренхимных клеток по ширине. В таких сердцевинных лучах проходят горизонтальные смоляные ходы (рис. 10, д).
Рис.10. Анатомические элементы древесины хвойных пород (сосны):
а — ранняя трахеида (радиальный разрез); б — поздняя трахеида (радиальный разрез); в — смоляной ход (поперечный разрез); г — сердцевинный луч (радиальный разрез); д — сердцевинный луч (тангенциальный разрез); 1 — крупные окаймленные поры; 2 — мелкая окаймленная пора; 3 — простая (оконцевая) пора в месте контакта с сердцевинными лучами; 4 — клетка сопровождающей паренхимы; 5 — мертвая пустая клетка; 6 — выстилающая клетка (эпителий); 7 — сердцевинный луч; 8 — лучевые трахеиды; 9 — паренхимные клетки; 10 — горизонтальный смоляной ход Сердцевинные лучи в растущем дереве не только хранят запасные питательные вещества в период покоя, но и проводят растворы.
Смоляные ходы образуют единую смолоносную систему, состоящую из пересекающихся вертикальных и горизонтальных ходов. У вертикальных смоляных ходов внутренний слой представляет собой клетки эпителия, выделяющие смолу. За этими клетками, выстилающими полость хода, следует слой пустых мертвых клеток, а снаружи находится слой живых клеток сопровождающей паренхимы (рис.10, в). Горизонтальные смоляные ходы проходят в сердцевинных лучах и поэтому состоят только из клеток эпителия и слоя мертвых клеток. Клетки эпителия имеют тонкие оболочки и выглядят, как пузыри, вдающиеся в канал хода. Если ход заполнен смолой, выстилающие клетки вследствие большого давления становятся плоскими и прижимаются к стенкам канала.
Размер полости вертикального хода в тангенциальном направлении соответствует примерно четырем трахеидам. В горизонтальных смоляных ходах, диаметр которых в 2,5... 3 раза меньше, чем вертикальных, находятся более мелкие клетки эпителия.
Осевая древесинная паренхима встречается в очень небольшом количестве у всех хвойных пород (кроме сосны и тиса) в виде одиночных клеток или вытянутых вдоль оси ствола тяжей паренхимных клеток. На продольных разрезах клетки древесинной паренхимы имеют прямоугольную форму, длина их в 3...4 раза больше ширины.
Сосуды. Эти анатомические элементы занимают довольно большую часть объема ствола; у разных пород она колеблется от 10 до 55%. Сосуды (рис. 13, а) представляют собой длинные вертикальные трубки, состоящие из члеников — отдельных коротких клеток с широкими полостями и тонкими стенками.
У кольцесосудистых пород, по данным Л. М. Перелыгина, в ранней зоне находятся сосуды диаметром 200...400 мкм с члениками длиной 230...390 мкм; в поздней зоне размеры сосудов и члеников соответственно 16...40 и 270...580 мкм.
Нижние и верхние или кососрезанные боковые стенки этих клеток частично или полностью разрушаются. При этом образуются простые (одно или два круглых отверстия) или лестничные (ряд щелевидных отверстий) перфорации (рис. 13, б).
Рис. 11. Схема микроскопического строения древесины дуба (по В. Е. Вихрову):
1 — крупный сосуд; 2 — годичный слой; 3 — узкие сердцевинные лучи; 4 — либриформ; 5 — мелкий сосуд; 6 — широкий сердцевинный луч ко лестничных перфораций. Сосуды бука и платана имеют перфорации обоих типов.
Стенки сосудов у некоторых пород (липы, клена и др.) имеют спиральные утолщения (рис.13, в).
Окаймленные поры, которые также имеются на стенках сосудов, располагаются в определенном порядке. Чаще всего они образуют диагональные ряды — очередная поровость (см. рис.13, с), реже — короткие горизонтальные ряды. Окаймленные поры у сосудов отличаются от пор у трахеид хвойных пород меньшими размерами и отсутствием торуса. Между собой сосуды сообщаются через окаймленные поры, а с примыкающими паренхимными клетками — через полуокаймленные поры.
Благодаря концевым и промежуточным контактам сосудов создается единая пространственно разветвленная водопроводящая система. Из этой системы выключаются сосуды, в которые через окаймленные поры вдаются выросты горизонтально расположенных паренхимных клеток — тиллы (от гр. ЛуШя — вздутие). Эти мешковидные образования (рис.13, г) с одревесневшими оболочками обычно закупоривают сосуды в процессе формирования ядра акации, грецкого ореха, дуба, ясеня и др. Иногда тиллы появляются и в заболони.
Рис.12. Схема микроскопического строения древесины березы (по В.Е.Вихрову):
1 — волокнистые трахеиды; 2 — годичный слой; 3 — сердцевинные лучи; 4 —сосуды
Рис.13. Основные анатомические элементы древесины лиственных пород:
а — сосуд из члеников с простой перфорацией и очередной поровостью; б — лестничная перфорация; в — спиральное утолшение; г — тиллы в сосуде; д — волокно либриформа; е — неоднородный сердцевинный луч (ива); ж — часть тяжа древесинной паренхимы; 1 — стенка сосуда; 2 — тиллы; 3, 4 — соответственно стоячие и лежачие паренхимные клетки
Сосудистые трахеиды. Эти элементы являются переходной формой между типичными трахеидами и сосудами. По своей форме, размерам, расположению пор и наличию у некоторых пород спиральных утолщений они напоминают членики мелких сосудов. Сосудистых трахеид в стволе сравнительно мало.
Лекция 2
Химические свойства древесины и коры.
1.Химический состав древесины и коры.
2.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 (14). 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 нижняя.
[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)л, где п — 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 (С5Н804)„, содержащие пять атомов углерода в элементарном звене, и гексозаны (С6Ню05)„, 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 некоторых лиственных пород (ясень, дуб, тополь) целлюлозы несколько больше в ядре. Древесина лиственницы (ядро) и дуба (ядро и заболонь) отличается повышенным содержанием водорастворимых экстрактивных веществ. В поздней древесине сосны, лиственницы содержится немного больше целлюлозы, чем в ранней древесине.
Получение и использование целлюлозы и целлюлозных материалов. Для получения целлюлозы в промышленности используют различные способы.
К группе кислотных способов относятся сульфитный и бисульфитный. Сульфитный способ до недавнего времени имел у нас наибольшее распространение. При этом способе в качеетве сырья используется древесина малосмолистых хвойных (ель, пихта) и ряда лиственных пород.
Короткие окоренные бревна (балансы), а также отходы лесопиления и лесозаготовок на рубильных машинах перерабатываются в щепу. Отсортированную, однородную по размерам щепу загружают в вертикальные варочные котлы. В котел подается так называемая сульфитная варочная кислота, представляющая собой раствор сернистой кислоты, содержащей некоторое количество бисульфита кальция Ca(HS03)2. Кальциевое основание (СаО) может быть заменено магниевым, натриевым или аммонийным. Варка ведется при температуре 130... 150 °С и давлении 0,5... 1 МПа в течение 5... 12 ч. Основная задача варки заключается в делигнификации древесины. Во время варки происходят также частичный гидролиз гемицеллюлоз и другие процессы.
В результате варки получают целлюлозную массу и перешедшие в раствор остальные органические вещества — сульфитный щелок. Содержимое котла вымывают или выдувают в сцежу или приемный резервуар. Здесь происходят отделение щелока от целлюлозы и ее промывка. Далее целлюлозную массу очищают от непроваренной щепы, песка и других примесей. Для некоторых производств необходима особо чистая целлюлоза, поэтому ее дополнительно облагораживают, обрабатывая раствором NaOH для удаления гемицеллюлоз, остатков лигнина, золы и смолы. Обычно такой процесс облагораживания сочетают с отбелкой целлюлозы хлорсодержащими агентами или перекисью водорода. Разработан также способ отбелки целлюлозы молекулярным кислородом в щелочной среде.
Затем целлюлозную массу обезвоживают и на специальной машине превращают в непрерывную плотную ленту с влажностью 8... 12 %. Эту ленту разрезают на листы, упаковывают в пачки и отправляют на другие предприятия (бумажные фабрики и т.д.). Побочный продукт — сульфитный Щелок — используют для получения белковых кормовых дрожжей, этилового спирта (этанола) и других продуктов. Химической переработкой из щелока можно получить ванилин, фенолы, ароматические кислоты. Технические лигносульфонаты из щелока, упаренного после биохимической переработки, находят применение в производстве цемента и бетона, литейных форм и стержней, используются при бурении скважин, для улучшения структуры почв и других целей.
К недостаткам сульфитного способа, не пригодного для варки древесины высокосмолистых пород, относятся: отсутствие достаточной регенерации химикатов из отработанных щелоков, что приводит к загрязнению водоемов; длительность процесса; необходимость кислотостойкого оборудования.
Бисульфитный способ позволяет использовать для получения целлюлозы древесину практически любых пород. Варка щепы проводится в водном растворе бисульфита натрия, магния или аммония. Оборудование и технология во многом схожи с применяемыми при сульфитном способе, однако температура процесса варки выше — 155... 165 °С. К недостаткам сульфитного способа в данном случае добавляется ограниченная возможность биохимической переработки отработанного щелока из-за низкого содержания в нем простейших сахаров.
Натронный способ получения целлюлозы основан на применении в качестве реагента едкого натра; потери щелочи возмещаются добавкой соды. Этот способ находит сравнительно небольшое применение главным образом при переработке древесины лиственных пород.
Для получения целлюлозы из древесины лиственных пород используется нейтральный способ, при котором варочный раствор содержит сульфит натрия Nа2S03 или сульфит аммония (NН4)2S03 и имеет реакцию, близкую к нейтральной. Этот способ часто называют моносульфитным или нейтрально-сульфитным. Варка проводится в котлах периодического или непрерывного действия при конечной температуре 160... 180°С и давлении 0,65... 1,25 МПа в течение 0,2...6 ч. Этим способом получают целлюлозу с большим содержанием сопутствующих веществ. Основной недостаток — невозможность использования древесины хвойных пород. Эффективных промышленных способов утилизации моносульфитных щелоков пока не найдено.
Для всех промышленных способов получения целлюлозы характерно образование отходов, в той или иной мере загрязняющих окружающую среду соединениями серы. Поэтому особенно важны разработки бессернистой технологии целлюлозы, например с использованием антрахинона, получаемого из нефтяного или каменноугольного сырья.
Широкое применение находят производные целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с 18...20%-ным раствором едкого натра образуется щелочная целлюлоза, которая используется для получения вискозы, затем искусственных волокон и далее шелка, штапельной ткани. Особенно большое значение имеют очень прочные вискозные кордные нити, которые применяют для изготовления ткани, составляющей каркас автомобильных и авиационных шин, транспортерных лент и т.д. Из вискозы получают целлофан и другие неволокнистые материалы.
В результате взаимодействия целлюлозы со смесью азотной и серной кислот получают нитраты целлюлозы. Растворы нитратов целлюлозы с малым содержанием азота (коллоксилин) при меняют для производства целлулоида, кино- и фотопленки, нитролаков, нитроклея и других продуктов. Из нитратов целлюлозы с высоким содержанием азота (пироксилина) изготовляют бездымный порох.
При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии катализаторов (серной или хлорной кислоты) и растворителя (уксусной кислоты) образуются ацетаты целлюлоз ы. Они используются в производстве негорючих кино- и фотопленок, пластмасс, лаков и ацетатных волокон, более эластичных и водостойких, чем вискозные. Ткани, изготовленные из этих волокон, не мнутся, но сильно электризуются и мало устойчивы к истиранию.
Из модифицированных целлюлозных волокон изготовляют: маслостойкие и водоотталкивающие ткани; ионообменные материалы для улавливания золота, серебра из растворов, ртути из сточных вод и т.д.; антимикробные материалы; кровоостанавливающую марлю и др.
Простые эфиры целлюлозы (этилцеллюлоза, бензилцеллюлоза, метилцеллюлоза и др.) также находят применение в разных отраслях промышленности. Термопластичные материалы на базе простых и сложных эфиров целлюлозы — этролы — используются в самолето- и автомобилестроении.
Гидролиз древесины. При взаимодействии водных растворов кислот с древесиной происходит гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз, которые превращаются в простые сахара (например, глюкозу, ксилозу и др.). Эти сахара можно подвергать химической переработке, получая такие продукты, как ксилит, сорбит и др. Однако в основном гидролизная промышленность ориентируется на последующую биохимическую переработку сахаров. Сырьем для гидролизной промышленности служат главным образом отходы лесопиления и деревообработки, низкокачественная древесина. Технологические опилки (ГОСТ 18320— 78) сразу подвергают гидролизу, крупномерные отходы и дрова предварительно измельчают в щепу.
В последнее время кроме традиционного способа гидролиза получили распространение автогидролиз кратковременной пропаркой древесины при температуре 200... 240 °С с последующим мгновенным сбросом давления и, особенно, ферментативный гидролизе использованием биологических катализаторов.
В Японии и ряде других стран применяют ожижение древесины путем гидролиза и других химических воздействий, получая смесь веществ для производства полимерных материалов.
Пиролиз древесины и коры. При нагревании древесины без доступа воздуха (сухой перегонке) происходят потеря воды (при температуре 120... 150 °С) и частичное разложение древесины (при
150...275 °С). Главные реакции распада веществ древесины совершаются при температуре 275...450°С с бурным выделением теплоты. Последняя стадия пиролиза происходит при 450...550°С с дополнительным подводом теплоты извне. В результате пиролиза образуются уголь, жижка и газы.
Древесный уголь, отличающийся малой зольностью, почти полным отсутствием вредных примесей, высокой сорбционной способностью, применяют в производстве полупроводников, сероуглерода, для очистки промышленных растворов и сточных вод и для многих других целей. Древесный уголь получают в качестве основного продукта в углежжении.
Жижка — раствор продуктов разложения древесины, при отстаивании которого образуются два слоя: верхний — водный и нижний — смоляной. Из отстойной и растворенной в сырой жижке смолы получают антиокислитель бензина, антисептики (креозот) и другие продукты. Из водного слоя жижки выделяют уксусную кислоту, метиловый спирт, ацетон и другие растворители. В последние годы жидкие продукты пиролиза применяют в качестве топлива.
Газы, образующиеся при пиролизе древесины, используют как топливо для обогрева реторт — аппаратов, в которых происходит термическое разложение древесины.
При пиролизе древесины и коры выход основных продуктов зависит от породы, о чем свидетельствуют данные В. Н. Козлова, представленные в табл. 2.1. Кора при сухой перегонке дает больше смолы, угля и газов, чем древесина, но меньше уксусной кислоты и метилового спирта. Из бересты (наружной части коры березы) получают деготь для кожевенной, фармацевтической промышленностей и других нужд.
Технические условия на сырье для пиролиза и углежжения в виде круглых или колотых поленьев регламентированы ГОСТ 24260-80.
Энергохимическая переработка (газификация) древесины. Нагревание древесины до температуры выше 800 °С в условиях ограниченного доступа воздуха приводит к образованию горючих газов и небольшого количества (10 %) жидких продуктов (коптильных препаратов, литейных крепителей и др.).
Сжигание древесины и коры. Качество древесины как топлива оценивается теплотой сгорания. Этот показатель представляет собой количество теплоты, выделяющееся при полном его сгораний.
Выход основных продуктов при пиролизе древесины и коры
Продукт |
Выход, % от массы абсолютно сухого сырья |
|
Сосна |
Береза |
|
Уголь Газы Уксусная кислота Метиловый спирт Смола |
37,90/42,50 18,20/19,80 3,10/0,85 0,85/0,31 7,00/8,40 |
33,0/37,40 15,3/18,50 6,9/2,55 1,6/0,69 6,3/14,90 |
Теплота сгорания единицы массы древесины почти не зависит от породы, так как элементный химический состав древесины различных пород примерно одинаков. У абсолютно сухой древесины теплота сгорания колеблется в узких пределах (19,6...21,4 МДж/кг), причем у хвойных пород она несколько выше, чем у лиственных. Для сравнения укажем, что теплота сгорания торфа 23, антрацита 30, мазута 40 МДж/кг (1 МДж= 106 Дж = 239 ккал).
С повышением влажности топлива теплота сгорания снижается; у свежесрубленной древесины она по крайней мере в 2 раза меньше, чем у абсолютно сухой.
Теплота сгорания коры примерно такая же, как древесины соответствующей породы, однако встречаются исключения. Например, береста имеет теплоту сгорания 35 МДж/кг. Сжигание коры возможно при влажности менее 70 %.
Значение теплоты сгорания единицы объема (1 м3) древесины может быть получено умножением величины £)н на плотность древесины. Поскольку плотность древесины у разных пород различна, теплота сгорания единицы объема древесины существенно »ависит от породы.
Наивысшая температура при идеальных условиях горения (жаропроизводительная способность древесины) также может быть подсчитана теоретическим путем; она достигает 1550 °С, однако из-за потерь в топке действительная температура горения древесины составляет 1000... 1100 °С.
Дубильные вещества (таннины), используемые при выделке кож, можно получить из коры ивы (8... 12 % таннинов), ели (7... 12%), лиственницы (10... 15%), пихты (7—15%) и некоторых других пород, а также из древесины дуба и каштана, содержащей соответственно около 5 и 7 % таннинов. Промышленность для производства дубителей использует лиственничное, еловое и ивовое корье, заготавливаемое согласно ГОСТ 6663 — 74, а также древесное сырье из дуба и каштана (ГОСТ 4106—74). Дубильные вещества экстрагируют горячей водой. Товарными продуктами являются жидкие, тестообразные или твердые порошкообразные дубильные экстракты.
Использование древесной зелени и коры. В древесную зелень входят листья с регламентированной примесью коры, древесины, не одревесневших побегов, почек, семян и т.д. Согласно ГОСТ 21769 — 76 хвойная древесная зелень представляет собой тонкие (диаметром до 8 мм) ветви с хвоей, заготавливаемые при рубке леса. В живых клетках, особенно в листьях, содержится много биологически активных веществ: витаминов, хлорофилла, каротина, ферментов, микроэлементов, фитонцидов и др., которые нужны не только растениям, но и животным. Поэтому в качестве витаминных добавок к рациону питания животных используют измельченный веточный корм, хвойную витаминную муку (ГОСТ 13797—78). Для лечения заболеваний животных используют хвойную хлорофилло-каротиновую пасту; ее можно применять для лечения ожогов и кожных заболеваний у людей. Из древесной зелени получают также эфирные масла и другие продукты, используемые в медицине, парфюмерной, пищевой промышленности.
Кора, как уже отмечалось, используется для извлечения из нее экстрактивных веществ, для приготовления кормовой муки, грубых кормов, кормовых полуфабрикатов (из осиновой коры). Путем компостирования с добавкой аммонийных и фосфорсодержащих солей кору можно превратить в ценное удобрение. Кору можно использовать для получения строительных, главным образом теплоизоляционных, плитных материалов, а при невозможности переработки — в виде топлива.
Лекция 3
Физические свойства древесины.
1.Связанная и свободная влага в древесине;
2. Плотность древесины;
3.Тепловые, электрические и звуковые свойства древесины.
Внешний вид
Цвет. Древесина поглощает падающее световое излучение избирательно. От спектрального состава отраженного ею светового потока зависит определенное зрительное ощущение, называемое цветом.
Обычно для характеристики цвета древесины используют словесные описания, в основе которых лежат зрительные образы или символические понятия. Однако этому свойству древесины можно дать количественную оценку, используя методы колориметрии (от лат. color — цвет) — науки о цветовых измерениях. Достаточно установить численные значения трех показателей: цветового тона, чистоты и светлоты.
Цветовой тон определяется длиной волны X чистого спектрального цвета. Обычно цвета окружающих нас предметов более или менее блеклые, так как чистые спектральные цвета разбавлены белым. Чистота цвета Р, которая выражает степень этого разбавления, может изменяться от нуля до100%. Светлота характеризуется коэффициентом отражения р. Для белых поверхностей, отражающих максимальное количество световой энергии, коэффициент отражения близок к единице, для черных — приближается к нулю.
С помощью атласа цветов автором были определены колориметрические характеристики 30 пород из коллекции МЛТИ. Исследования показали, что выдержанная в течение 5...20 лет дре весина большинства отечественных пород очень мало отличается по цветовому тону. Длина волны X колеблется в пределах 578... 585 нм, что соответствует желтому участку спектра. Вместе с тем наблюдается большое разнообразие значений чистоты цвета Р, которые изменяются в пределах от 30 до 60 %. Светлота (коэффициент отражения р) изменяется в еще больших пределах (20...70 %).
Целлюлоза — основное вещество, из которого состоит древесина, — почти белого цвета. Все многообразие цветовых оттенков древесины придают ей вещества, заключенные в полостях клеток или пропитывающие их стенки — красящие и дубильные вещества, смолы и продукты их окисления.
Древесина пород умеренного пояса окрашена бледно, а древесина пород тропического пояса имеет очень яркую окраску, интенсивность которой увеличивается с возрастом, что особенно заметно для ядровых пород. В оптимальных условиях роста для данной породы ее окраска бывает более яркой.
Древесина многих пород изменяет цвет при выдержке под влиянием воздуха и света. Тем не менее цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании. Изменение цвета древесины чаще всего указывает на поражение ее грибами.
В речной воде древесина дуба сильно темнеет в результате соединения дубильных веществ с солями железа. Этой же причиной объясняется и появление на поверхности дубовых пиломатериалов черных полос и пятен при распиловке сырой древесины. Заболонь сосны после сплава иногда приобретает желтую окраску, а древесина березы — оранжевую. При пропаривании древесина бука довольно равномерно окрашивается в красноватый цвет. После высокотемпературной сушки у древесины хвойных пород появляется буроватая окраска.
Цвет — одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Его учитывают при выборе пород для внутренней отделки помещений, изготовления мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок, спортивного инвентаря и т.д.
Блеск. Под блеском древесины понимают ее способность направленно отражать световой поток. Наибольший блеск наблюдается при освещении зеркальных, т. е. почти идеально гладких поверхностей. В отличие от них матовые поверхности, имеющие однородные неровности, отражают световой поток диффузно, т. е. равномерно во все стороны. Поверхности даже самым тщательным образом обработанной древесины приближаются к матовым и могут характеризоваться коэффициентом диффузного отражения (белизной).
ля древесины лиственных пород со сложным строением характерно наличие видимых невооруженным глазом крупных сосудов (ясень, бархатное дерево, дуб и др.), сердцевинных лучей, обычно окрашенных темнее, чем окружающая древесина (бук, ильм, платан и др.), неправильно расположенных волокон и т.д. Это создает более богатую текстуру.
Выбор направления разреза древесины определяет характер текстуры. Из отечественных лиственных пород на радиальном разрезе красивую текстуру, обусловленную наличием сердцевинных лучей, имеют бук, платан, клен, явор, дуб, карагач, ильм (рис. 3.1, б). Три последние кольцесосудистые породы ценятся своей текстурой и на тангенциальном разрезе.
древесины, лущении ее ножом с волнистым лезвием, а также при лущении древесины под углом к направлению волокон. Текстура и цвет определяют ценность древесины как декоративного материала. Прозрачная отделка древесины лаками проявляет ее текстуру. Лаковое покрытие, имеющее близкий к древесине коэффициент преломления света, увеличивает прозрачность поверхностных слоев и способствует зрительному восприятию глубины текстуры.
Макроструктура. Для оценки качества древесины по внешнему виду используют некоторые характеристики макроструктуры. Показателем годичного прироста, характеризующим усредненную ширину годичных слоев, служит число слоев, приходящееся на 1 см отрезка, отмеренного по радиальному направлению на торцовой поверхности образца. Степень равнослойности оценивают по разнице в числе годичных слоев на двух таких соседних участках длиной по 1 см.
Содержание поздней древесины определяется соотношением в процентах между суммарной шириной зон поздней древесины и общей протяженностью (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоев.
Согласно ГОСТ 16483.18 — 72 на торце образца проводят карандашом линию в радиальном направлении, отмечают границы крайних целых годичных слоев на участке, примерно равном 2 см, и подсчитывают число слоев N.
Равноплотность древесины характеризует равномерность распределения древесинного вещества по ширине годичного слоя. Малой равноплотностью обладает древесина пород с резкой разницей в строении ранней и поздней зон годичных слоев (лиственница, сосна, дуб, ясень и др.). Высокой равноплотностью отличаются самшит, груша, граб, клен, бук, ольха, осина, липа и ряд других пород. Количественного показателя для равноплотности древесины пока нет.
Поверхность продольных разрезов древесины таких часто используемых для отделки пород, как дуб, ясень, орех, ильм и ряд других, имеет анатомические неровности высотой до 200 мкм и более.
У хвойных пород высота неровностей составляет от 8 до 60 мкм, а у большинства рассеянно-сосудистых лиственных пород —30... 100 мкм.