1 Понятие о древесине. Состав и строение древесины
1.1 Понятие о древесине
Термином древесина обозначают несколько различающихся понятий.
В обыденной жизни и технике древесиной называют внутреннюю часть дерева, лежащую под корой.
В анатомии и химии древесины под древесиной понимают ткань или совокупность тканей древесных растений – освобожденную от коры ткань ствола, ветвей и корней.
Древесина состоит из клеток с одревесневшими оболочками. Материал, образующий оболочки клеток (вещество древесины), называют древесинным веществом и часто в краткой форме просто древесиной.
В механической технологии под древесиной понимают материал, состоящий целиком из натуральной древесины и используемый в качестве строительного, конструкционного, поделочного материалов и т.п.
В химической технологии древесина служит сырьем для химической переработки в целлюлозно-бумажном производстве, гидролизных и лесохимических производствах и для химико-механической переработки в производстве древесных плит и пластиков.
Для химической переработки с целью получения бумаги и в гидролизных производствах кроме древесины используют и другие виды растительного сырья, но в значительно меньшей степени.
Древесина является уникальным сырьем, постоянно возобновляемым в процессе фотосинтеза, и комплексное использование всей ее биомассы представляет собой важную экономическую и экологическую задачу.
Роль древесины особо возросла в связи с сокращением запасов традиционного сырья химической промышленности – угля, нефти и газа. Это и определяет перспективность ее многостороннего использования, а также исследований в области химии и химической технологии древесины.
Как известно, древесина является сложным органическим продуктом природного происхождения. Она состоит, в основном, на 99% из органических веществ. Примерно 70% органических веществ древесины составляют углеводы, из них в среднем 50% приходится на целлюлозу и 20% составляют нецеллюлозные полисахариды, называемые гемицеллюлозами. Около 30% древесины приходится на вещества ароматической природы.[2]
Эту часть древесины называют лигнином.Небольшую часть древесины составляют экстрактивные вещества, т.е. вещества, способные извлекаться из древесины нейтральными растворителями. Это, в основном, низкомолекулярные вещества, такие как терпеноиды, таниды, сахара и т.д.
Комплекс содержащихся в древесине природных органических полимеров (целлюлоза, нецеллюлозные полисахариды, лигнина), а также низкомолекулярных соединений (экстрактивные вещества) позволяет подвергать ее химической переработке.
Ценные физические свойства (большая прочность при малой плотности, низкие тепло- и электропроводность, легкость обработки, внешний вид и т.д.) делают древесину незаменимым конструкционным и поделочным материалом для изготовления разнообразных изделий, необходимых в промышленности, строительстве, производстве мебели и пр.
1.2 Строение дерева
Наибольшую долю в дереве составляет ствол (60–90%), затем крона и корни (5–20%). Соотношение между частями дерева меняется в зависимости от древесной породы (см. таблицу 1.1), возраста деревьев и условий их произрастания.[4]
Таблица 1.1 – Относительный объём частей дерева, %
|
Порода |
Ствол * |
Корни |
Ветви |
|
Лиственница |
77–82 |
12–15 |
6–8 |
|
Сосна |
65–77 |
15–25 |
8–10 |
|
Дуб |
50–75 |
15–20 |
10–20 |
|
Берёза |
78–90 |
5–12 |
5–10 |
* При лесозаготовках от ствола отделяют пень и вершину
Части дерева играют разную роль при его жизни и находят разное промышленное применение (рисунок 1.1).
Через корни из почвы поступает вода с минеральными веществами. Корни придают дереву устойчивость. Совокупность всех корней дерева составляет его корневую систему. У деревьев в корневой системе хорошо выражен главный корень, который по мере роста ветвится, образуя боковые корни. Диаметр корневой системы в 2–5 раз превышает диаметр кроны и составляет в среднем от 6 до 18 метров. В состав кроны входят ветви, хотя фактически они являются продолжением ствола и его проводящей системы. В зелёных частях дерева – листве, хвое идут процессы фотосинтеза.
Ствол при жизни дерева служит для проведения воды и питательных веществ, хранения резервных питательных веществ и поддержания кроны. У большинства хвойных пород основная ось дерева хорошо выражена, а у лиственных деревьев главная ось теряется среди боковых ветвей. Форма ствола взрослого дерева ниже кроны близка к цилиндрической, а в самой кроне ствол имеет форму конуса. Форма ствола и кроны определяется генетически, но зависит от условий произрастания. В соответствии с этими особенностями ствол разделяют на комлевую (нижнюю) часть, или комель, среднюю часть и вершину. Эти части несколько различаются по физико-механическим свойствам.
Рисунок 1.1 – Функции частей дерева
Основное промышленное значение для механической и химической переработки имеет древесина ствола. Практическое использование кроны и корней пока еще ограничено. Они образуют основную массу отходов при лесозаготовках. Общую массу вещества всех частей дерева – ствола, корней и кроны – называют биомассой дерева. Её выражают в единицах массы или объёма. Лесонасаждения в условиях умеренного климата дают 400–200 т/га общей биомассы, из которой на крону приходится 30–20 т/га и на корни – 75–65т/га.[4]