книги из ГПНТБ / Кушнирская М.Ц. Крашение древесины в производстве мебели

номерно окрашиваются по всему слою.

Сосуды имеют

контакты

с соседними

сосудами, к а п и л л я р а м и

и паренхимными тканями, сердцевинными

лучами и другими ана­

томическими элементами древесины. В

тангенциальном

и радиаль ­

ном

направлениях

сосуды сообщаются

с соседними сосудами через

многочисленные окаймленные

поры

и

перфорационные

пластины.

В местах соприкосновения сердцевинных лучей с клетками в сосу­

д а х

расположены

округлые

поры,

с

паренхимными

т к а н я м и —

лиственных

пород единую пространственно-разветвленную

водопро-

водящую

систему,

обусловливающую проникновение

растворов

красителей

во

всю

толщу

окрашиваемого . сортимента.

Н а р я д у

с сосудами в лиственных породах древесины,

напри­

мер

у дуба, имеются

сосудистые трахеиды . Они представляют

собой

дменее совершенные водопроводящие элементы. Их длина

достигает

0,5

мм.

Структурной единицей древесины является клетка, скрепленная

межклеточным

веществом. Совокупность клеток образует

ткани.

В мебельной промышленности применяется древесина

срублен­

ных деревьев, которые полностью состоят из мертвых

клеток —

клеточных

оболочек. Исключением является крашение

растущего

дерева на

корню, при котором наряду с отмершими клетками со­

д е р ж а т с я

клетки с

ж и в ы м

веществом — протопластом.

Ж и в а я

цаемостью, вследствие чего не может быть окрашена

синтетиче­

скими красителями и отдельными

химическими веществами .

Схема строения клеточной оболочки трахеиды

и з о б р а ж е н а

на

рис. 7.

(М),

Клеточная

оболочка состоит из

межклеточного

вещества

первичной (Р)

и

вторичной

(S)

стенок.

Межклеточное

вещество

(срединная пластинка)

состоит глав ­

ным образом из лигнина (70—90%).

Первичная

стенка клетки имеет

небольшую толщину,

состоит

из

большое количество целлюлозы . Толщина слоя колеблется

от 0,15

до 0,2 мм. Центральный слой вторичной

стенки состоит

из

целлю­

лозы и небольшого количества лигнина и

гемицеллюлозы.

Толщина

различной

ориентацией микрофибрилл относительно

оси

волокна

в разных частях клетки

и неоднородностью состава

веществ к а ж ­

дого слоя.

Раньше

существовало

предположение, что целлюлоза

состоит

Рис. 7.

Схема строения

клеточной оболочки

трахеиды:

а — поперечный разрез;

б — модель

строения оболочки; М—

межклеточное вещество; Р—•

первичная стенка; S, — внешний

слои;

S» — центральный

слой;

S 3 — внутренний слой

рому отвергается существование строго упорядоченных

кристалли ­

ческих областей, целлюлоза по этой

теории

представляет аморф ­

ный полимер с жесткими линейными

цепями

рыхлой

упаковки.

Строение клеточной

оболочки

имеет

важное

теоретическое

и практическое значение,

так как с ним тесно

связаны

физические

и химические свойства древесины, от

него зависит протекание раз­

личных явлений, происходящих в процессах

крашения

древесины.

гу лучевых

вилочек,

разделенных посередине з а м ы к а ю щ е й

пору

пленкой — мембраной. Простая

пора — отверстие

округлой ф о р м ы ,

разделенное

мембраной.

Обычно существует пара пор, расположенных друг против

друга

в оболочках

соседних клеток.

Б л а г о д а р я этому

облегчена

связь

между смежными

клетками.

полняющих одни и те ж е

функции образует

ткани,

которые назы­

ваются паренхимными и

прозенхимными.

В зависимости от выполняемых функций

ткани классифицируют

па проводящие, с л у ж а щ и е

для проведения воды с растворенными

питательными веществами;

запасающие, являющиеся

х р а н и л и щ а м и

клонение от них, большая дифференциация клеток,

неоднородность

широкоразвитой водопроводящей системы. Все .эти свойства

суще­

ственно влияют на равномерность

и интенсивность крашения .

Вследствие

перерезания

анатомических

элементов

мак­

роструктуры

на

поверхности

древесины

обнаруживается

т е к с т у р и ы й

р и с у н о к

(текстура),

который

зависит

от

наличия

крупных

сосудов,

широких

сердцевинных

лучей,

годичных

слоев,

различной

окраски ранней и поздней дре­

весины,

наличия

свилеватости

и волнистости. В пределах од­

ной

и той ж е

породы

древеси­

ны

и д а ж е

отдельного

дерева

текстура

зависит

от

разреза

(тангенциальный,

радиаль ­

ный) . Так, на тангенциальном

разрезе текстура более кон­

трастная и пестрая, а на

ради­

альном более

уравновешенная

и равномерная . Особенно кра­

Рис. 9. Схема микроскопического строе­

сивой текстурой обладает ком­

левая часть ствола

дерева. Чем

ния березы:

/ — годичный

слои;

2 — сосуды; 3 — сердцевин­

сложнее

строение

древесины,

ные

лучи;

4 — лпбриформ

чем

интенсивнее

цвет

естест­

венной

окраски,

тем

богаче

ных пород

(ясеня, березы,

бука, осины,

тополя, граба,

ольхи, яво­

р а и др.)

т а к ж е обладает

красивой текстурой, но она

у них слабо

в ы р а ж е н а

из-за бледной

естественной

окраски.

Д л я проявления и обогащения текстуры древесины

лиственных

Химический состав

древесины

Клеточная оболочка, образующая древесное волокно, имеет

сложное строение.

Она

состоит из двух

групп.

К

первой

группе

относятся

целлюлоза, гемнцеллюлозы,

лигнин

и

некоторые

другие

вещества,

нерастворимые в нейтральных рас ­

творителях п воде, а т а к ж е и нелетучие с

паром.

Вторую группу компонентов составляют экстрактивные

веще ­

ства. К ним относятся эфирные и жирные

масла, смолы,

дубильные

и

красящие

вещества.

Д л я крашения древесины в а ж н о е

значение имеет

присутствие

дубильных

веществ,

взаимодействующих

с красящими

веществами

и

особенно

с солями металлов.

В табл. I приведено содержание основных

химических веществ

в

древесине

некоторых

пород.

Т а б л и ц а

1

Содержание

основных химических веществ в древесине

некоторых пород, %

Наименование

веществ

Бук

Береза

Тополь

Осипа

Дуб

38,5

40,7

43,3

43,6

43,6

9 9 5

19,0

18,2

18,2

22,5

Гексозаны

4,5

4,8

4,0

4,5

4,3

Пентозаны

'?6,0

26,0

23,7

23.7

23,8

Дубильные вещества

9,0

8,0

10,0

7,0

11,0

В химический состав клеточной оболочки различных древесных

пород в среднем входит: углерода 49,5%, кислорода

44,2,

водо­

рода

5,3,

азота 0,72%.

Из

табл .

1 видно,

что главнейшей

составной частью

клеточной

оболочки

является

целлюлоза

( С 6 Н ) 0 О 5 ) .

Строение цепной молекулы целлюлозы в ы р а ж а е т с я

следующей

формулой:

Ц е л л ю л о з а , как и

другие высокополимерные

соединения,

является полидисперсным

продуктом, т. е. состоит из

макромоле ­

кул различной степени

полимеризации (С„) , что

существенна

цесс крашения, является

способность древесины

к взаимодействию

с водой, поглощению и

проводимости воды, а

т а к ж е

набуханию

древесного волокна.

Гидрофилы-юсть древесины обусловлена наличием

в ее лпгно-

тяготением

к

дипольным моментам

воды.

В древесине,

как

коллоидном

капиллярно-пористом

теле,

вода

находится в

двух

состояниях:

1)

связанном (адсорбционная,

мнк-

рокапиллярная, осмотическая)

и

2)

свободном ( к а п и л л я р н а я ) .

Связанная

влага

поступает

в древесину в виде водяных

паров

из влажного

воздуха

или в виде капелыю - жидко й фаз ы

при погру­

сацией

в

капиллярах .

Теории

адсорбции воды древесиной

сводятся к

тому, что

в неупорядоченных

(аморфных) зонах макромолекулы

целлюлозы

большое

количество

гидроксильных групп

оказывается

свободным

водородной

связи.

К а к

только

начинается

адсорбция, волокно начинает

набухать,

изменяется

структура волокна, что ведет к разрушению водородных

связей

между

молекулами

целлюлозы

и увеличению

количества

активных центров. Так как

древесина относится к группе ограни­

ченно набухающих гелей, то набухание

в воде продолжается толь­

ко до' точки

насыщения волокна, т. е. до

влажности, составляющей

воздухом их полостей. Набухание

древесины

сопровождается

явле­

нием разбухания,

в ы р а ж а ю щ и м с я в увеличении

размеров

отдель­

ных элементов и объема древесины в целом. Разбухание

происхо­

дит в результате

увеличения расстояния

между

микрофибриллами

.и проникновения

воды

в них. Особенно это в а ж н о для

внутренних

поверхностей клеточной оболочки, на которых происходят

как

адсорбирование влаги, так и в

дальнейшем

процессы

крашения .

Внутренняя поверхность клеток

состоит

из

субмикроскопических

и

микроскопических

структур,

пронизанных

системой

тончайших

2

2П76

—

'

7

FOTT;

Н А У Ч Н О - .

г ' Ч Г - Л Н А Ш

пор и капилляров . В сухой древесине

внутренняя поверхность к л е ­

ток составляет

1—2

м2/г,

в набухшем

волокне 300—500

м2/г.

Небольшая

часть

связанной влаги

находится на мицеллах цел­

люлозы в виде адсорбционной пленки,

остальное количество — это>

субмикроскопнческая

прослойка между

микрофибриллами н внут­

ри их.

Адсорбционная вода

в клеточной

оболочке может

находиться

пого.

В

молекулярном

слое

вода своими свойствами резко отли ­

чается

от свободной

влаги

(воды) . Она

характеризуется

понижен­

ной диэлектрической

постоянной, нерастворимостью,

ие

в ы з ы в а е т

явлений

разбухания

и

т.

д.

Древесина,

о б л а д а ю щ а я

влажностью до 9%, не разбухает,,

после этого предела разбухание возрастает пропорционально

в л а г о -

содержанию .

Увлажнение

древесины

называют

в л а г о п о г л о щ е н и е м .

Процесс

влагопоглощения

является

проявлением

коллоидных,

свойств древесины и не зависит от объемного веса и

характеристи ­

ки объемной пористости. Способность древесины перемещать

в л а г у

до точки

насыщения

волокна носит название в л а г о п р о в о д -

н о с т и .

Связанная влага удерживается физико-химическими

с в я з я м и .

Скорость передвижения связанной влаги пропорциональна

г р а ­

диенту

влажности и коэффициенту влагопроводности,

характеризу ­

проницаемости глубина

проникновения

растворов

не п р е в ы ш а е т

1,5 см. Передвижение влаги определяется

по первому

закону

Фика,.

в ы р а ж а ю щ е м у с я формулой

Q — D < £ .

<1>

где

Q — количество

влаги,

проходящее

через поперечное

сечение

образца

в

единицу времени;

d\V

— г р а д и е н т

влажности;

W — влажность;

.V — т о л щ и н а

образца;

D — коэффициент

влагопроводности.

Способность древесины увеличивать влажность путем впитыва ­

ния

капельножидкой

влаги

называется

в о д о п о г л о щ е н и е м.

влажности

выше

точки насыщения волокна называется

в о д о ­

п р о н и ц а е м о с т ь ю .

Водопроницаемость древесины

с

влажно ­

стью выше

точки

насыщения называется капиллярной . В древесине

с капиллярной проницаемостью многие растворы проходят

сквозь

весь объем

крупного

сортимента ( к р я ж а ) . Однако в

зависимости

весных пород, как бук, береза,

осина,

ольха,

тополь. Такие

ж е

породы, как дуб, ясень, красное

дерево,

орех,

являются

недоста­

точно капиллярно - проницаемыми

в поперечном

направлении.

Д л я

сквозного проведения растворов

через древесину поперек

волокон

необходимым условием является

применение

внешнего

давления .

шим

давлением .

Если к а п и л л я р н а я

система мелкая

и

глубокое

увлажнение происходит

за счет сил

капиллярного

поднятия, то

для

преодоления

сил поверхностного

натяжения требуется

относи­

тельно большое

внешнее

давление.