``9

НуБіП України

ННІ ЛіСПГ

ЛІСОГОСПОДАРСЬКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЇ ДЕРЕВООБРОБКИ

АНОТАЦІЇ ЛЕКЦІЙ З ДЕРЕВИНОЗНАВСТВА

для студентів 2-го курсу напряму деревооброблювальні технології

ЗМІСТОВНИЙ МОДУЛЬ № 2

ХІМІЧНІ ТА ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ

Лекція 2.1. ТЕМА: «Хімічні властивості деревини і кори. Елементний склад. Вміст основних органічних речовин»

Виконавці:

зав. кафедри технології деревообробки, професор

Пінчевська О.О.,

асистент Буйських Н.В.,

доцент Зражва С.Г.

КИЇВ – 2013

ЛЕКЦІЯ 2.1 ТЕМА: «ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ І КОРИ. ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД. ВМІСТ ОСНОВНИХ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН»

План лекції

1. Хімічний склад деревини

2. Способи виготовлення целюлози

3. Піроліз деревини

4. Використання деревної зелені

1. ХІМІЧНИЙ СКЛАД ДЕРЕВИНИ

Деревина складається на 99 % з органічних речовин (рис. 1). Елементарний хімічний склад деревини майже однаковий для всіх порід. В середньому суха деревина (висушена при 103 С) містить, %:

• вуглецю С - 50;

• кисню О₂ -43;

• водню H - 6,3;

• азоту N - 0,04-0,26

мінеральних сполук, поєднання Са, К, Nа, Мg, Р, S та ін.0,3-1,2 (які визначаються при спалюванні деревини). Частина сполук розчинена в воді: поташ К₂СО₃, та сода Nа₂ СО₃, з нерозчинених - солі кальцію (СаСО₃-вуглекисле вапно).

Рис. 1. Хімічний склад деревини

Клітинні стінки деревини збудовані з органічних сполук, що представлені: целюлозою, лігніном, геміцелюлозою.

Деревина хвойних порід відрізняється більшим вмістом целюлози, а листяних - пентозанів.

Деревина ранньої зони містить целюлози більше, ніж пізня зона. Гілки мають менше целюлози на 3-10% ніж стовбур. У корі концентрується більшість мінеральних сполук, а целюлози - менше. Кора містить суберін.

Целюлоза - основний компонент деревини. За масою складає майже 50% деревинної речовини. Густина - 1,54-1,58 г/см³. Це стійка органічна сполука білого кольору.

Це - високомолекулярний лінійний полімер (полісахарид), при хімічному розкладі якого за допомогою мінеральних кислот утворюється простий цукор -глюкоза. Як і крохмаль целюлоза має формулу (С₆Н₁₀0₅)n - де n - ступінь полімеризації. За своєю структурою целюлоза складається з ланцюга, ланками якого є глюкозні залишки, кількість яких 5000-10000.

Кожна пара пов`язаних між собою глюкозних залишків утворює целобіозу (рис. 2).

Рис. 2.

Регулярність будови ланцюга макромолекули целюлози та значна внутрішня та міжмолекулярна взаємодія проявляється в тому, що целюлоза має особливі властивості в порівнянні з іншими лінійними полімерами (наприклад, нерозчинність у воді, спирті та більшості органічних розчинників). При нагріванні до температури розкладу целюлоза зберігає властивості склоподібного тіла, якому притаманні переважно пружні деформації.

Під час росту дерева лінійні молекули збираються у високовпорядковані нитки, що називаються фібрілами, які є складовими клітинної стінки.

Тісний фізичний та, можливо, хімічний зв"язок целюлози з лігніном забезпечують її корисні фізичні властивості.

Геміцелюлози - до цієї групи відносяться полісахариди, що знаходяться в стінках клітин деревини та відрізняються від целюлози тим, що розчиняються у мінеральних розчинниках. Це пояснюється меншою довжиною макромолекул (ступінь полімеризації до 200) і меншою молекулярною масою.

У клітинній стінці деревини з цієї групи полісахаридів зустрічаються пентозани (С₅ Н₈ О₄)n і гексозани (С₆ Н₁₀ О₅)n. Листяні породи мають високий вміст пентозанів, з яких на практиці можна отримувати спирти.

За останніми даними до складу геміцелюлоз входять не тільки гомополімери ( які складаються з однакових елементарних ланцюгів), але й сополімери (різні ланцюги) - арабогалактан, який розчиняється у воді ( його вміст в деревині модрини становить майже 25%).

На відміну від целюлози геміцелюлози виробляють більш ніж одну різновидність цукру при гідролізі. Відносні кількості цих цукрів помітно коливаються у різних порід. Листяні породи мають 20-30% геміцелюлоз із ксилозою - як основний цукор. До основного полімерного ланцюга приєднуються у менших кількостях арабіноза, маноза тощо.

Хвойні - 15-20%, основний цукор - маноза, а ксилоза, арабіноза - в менших кількостях. У виробництві паперу геміцелюлози відіграють важливу роль у зчепленні волокон.

Лігнін - зустрічається у вигляді міжклітинної речовини. Це ароматична сполука, хімічна природа якої ще недостатньо вивчена, тому що в процесі виділення з деревини природній лігнін зазнає перетворень і відрізняється один від одного залежно від способу отримання ( м.б. жовтим та коричневим).

Лігнін хімічно менш стійкий ніж целюлоза. Це використовують для виділення целюлози з деревини, але він стійкіший проти грибів і бактерій. За t= 130 °С лігнін стає пластичним, а при охолодженні твердіє. Цю властивість використовують в технології склеювання плитних матеріалів, паливних брикетів.

Використання лігніну обмежене із-за невивченості фізико-хімічних властивостей.

Деревні волокна з яких виділено лігнін - напівфабрикат при виробництві паперу. На целюлозно-паперових комбінатах створюють спеціальні споруди для очищення використаної води від лігніну та інших шкідливих сполук.

Сам виділений лігнін використовують як паливо для регенерації варочних розчинів. Ще застосовується як додаток для розчину глини для буріння нафтових свердловин; в гумовій, цементній промисловості; для отримання ваніліну та розчинників.

Екстрактивні речовини визначають колір, запах, смак, біостійкість, вогнестійкість тощо. Це - таніди та інші поліфеноли, фарбуючі речовини, ефірні масла, жири, смоли, віск, камеді, крохмаль тощо.

В цю групу входять речовини, які можуть бути виділені з деревини та кори шляхом екстракції водою та органічними розчинниками.

Водою екстрагуються дубильні та фарбуючі речовини, камеді. Дубильні речовини, основну частину яких складають таніди - похідні багатоатомних фенолів, використовуються для виправлення сирої шкіри. Оброблена шкіра не розбухає в воді, стає еластичною, стійкою проти гниття.

Камеді - водорозчинні смолоутворюючі речовини, що складаються в основному з полісахаридів (арабогалактана тощо).

Фарбуючі речовини жовтого, коричневого, червоного та синього кольору містяться в порожнинах клітин деревини (особливо в ядрі) та корі.

Органічними розчинниками (ефір, спирт, ацетон, бензол тощо) з деревини можуть бути виділені різні за хімічним складом речовини: смоляні і жирні кислоти; віск; стеарин.

В деревині і корі хвойних порід у смоляних ходах утворюється живиця. До складу живиці, яку отримують із сосни спеціальним підсочуванням (нанесенням ран - кара - на живий стовбур сосни), входить,%: каніфолі -70, скипидару - 24, води - 5,5, домішок-0,5. Живиця та продукти її переробки використовуються для виробництва фарб, ліків, крему для взуття.

Крім соснової живиці є живиця північноамериканських, сибірських та кавказьких ялиць - канадської, бальзамічної. Канадський бальзам (має коеф. заломлення світла як у скла), використовується для склеювання оптичних лінз, мікроскопічних постійних препаратів, для рисунку на фарфорі, у фармацевтичній промисловості.

Венеціанський терпентин отримують з модрини європейської і використовують в кераміці, живопису, реставрації картин.

Латекс - сік каучуконосів.

Каучук - сировина для виготовлення гуми, отримують з листяної породи - гевеї бразильської. До каучуку додають сірку ( в кількості 25-50% ) і отримують ебоніт.

Алкалоїди - гетероциклічні продукти з атомами N в циклі. Входять в склад кори, плодів (хінін, стріхнін, кофеїн тощо). Більшість алкалоїдів використовують як ліки, а деякі (отруйні) для виготовлення інсектицидів.

Деревина деяких порід, переважно тропічних містить отруйні речовини. При механічній обробці порох може викликати захворювання шкіри.