Органическая часть любой древесины содержит примерно постоянное количество углерода (49,5–51 %), водорода (6,1–6,3 %), азота (0,1 %) и кислорода (почти 44 %). Минеральная часть древесины (зола) составляет 0,3–1 % (а иногда и больше) ее массы. В нерастворимой в воде части золы преобладают соединения кальция (углекислый кальций), а в растворимой – соединения калия (углекислый калий, или поташ). Постоянством элементного состава объясняются одинаковая теплотворная способность единицы массы древесины разных пород. В то же время из одних и тех же исходных веществ в растущих деревьях различных пород образуется неодинаковое количество конечных соединений, входящих в состав клеточной стенки древесины. Поэтому химические свойства древесины различных пород неодинаковы.
Основными составными частями древесины любой породы являются целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин.
Целлюлоза– полисахарид регулярного строения, макромолекулы которого состоят из звеньев β-D-глюкопиранозы, соединенных глюкозидными связями.
|
|
Гемицеллюлозы – нецеллюлозные полисахариды клеточных стенок, условно подразделяемые на пентозаны и гексозаны. В пентозанах главная цепь макромолекул состоит преимущественно из звеньев пентоз, а в гексозанах – из звеньев гексоз.
Лигнинпредставляет собой комплекс ароматических нерегулярных полимеров, построенных из фенилпропановых звеньев.
В древесине содержатся также смолы и терпены, жиры, камеди, дубильные, красящие и некоторые другие вещества.
В настоящее время нет еще полной ясности в вопросе о характеристике связей между основными составными частями древесины, и прежде всего целлюлозы и лигнина. Некоторые ученые считают, что лигнин, неравномерно распределенный в клеточной стенке, смешан с целлюлозой чисто механически; в то же время есть данные, показывающие химическую связь между основными составными частями древесины.
В таблице 5.34 приведен средний химический состав (в процентах) древесины различных пород, произрастающих в Беларуси.
Из таблицы видно, что целлюлоза (клетчатка) составляет около половины массы древесины, лигнин – одну пятую (или немного больше) в лиственных породах и около четверти – в хвойных и, наконец, пентозаны – одну десятую – в хвойных и четверть – в лиственных.
Главное отличие лиственных пород от хвойных по составу заключается в нескольких меньшем содержании целлюлозы и лигнина (а также гексозанов) и в значительно большем содержании пентозанов.
Содержание основных составных частей древесины в деревьях одной и той же породы и в различных частях одного и того же дерева изменяются очень незначительно; содержание других составных частей иногда резко колеблется. Так, в древесине лиственницы содержится от 6 до 25 % веществ, растворимых в воде (лиственничная камедь, представляющая собой полисахарид арабогалактан).
|
|
Таблица 5.34 – Средний химический состав древесины
В процентах | |||||
Порода | Вещества, растворимые в горячей воде | Смолы и жиры | Целлюлоза | Лигнин | Пентозаны |
Сосна | 4,8 | 5,4 | 51,6 | 25,1 | 9,7 |
Ель | 3,2 | 1,9 | 55,2 | 27,0 | 11,2 |
Пихта | 3,0 | 2,8 | 50,7 | 29,3 | 7,9 |
Лиственница | 12,8 | 2,4 | 51,6 | 24,3 | 10,3 |
Береза | 2,2 | 1,2 | 50,3 | 19,5 | 26,4 |
Осина | 3,0 | 1,5 | 44,9 | 22,6 | 22,7 |
Бук | 1,4 | 0,9 | 49,6 | 21,8 | 25,6 |
Клен | 1,4 | 1,6 | 48,0 | 93,1 | 25,0 |
Обычно содержание камеди тем выше, чем больше возраст дерева: в древостоях до 200-летнего возраста – в среднем 10–12 %, 250–300-летнего возраста – 14 % и более. Содержание смолистых веществ в сосновой древесине изменяются от 2 до 8 %. Сильно колеблется содержание дубильных веществ, или таннидов (являющихся в химическом отношении производными многоатомных фенолов – пирогаллола, пирокатехина и флороглюцина): в древесине дуба – 3–9 %, в коре дуба и ивы – 8–14, ели – 7–12, лиственницы – 8–16 %.
Разрушение деревянных конструкцийпроисходит из-за химической коррозии: разложение – под действием кислот целлюлозы древесины, а под действием щелочей – растворение основного цементирующего вещества древесины – лигнина и частично целлюлозы.
В условиях слабокоррозионных сред древесина устойчива. Деревянные конструкции стойки к действию растворов аммиака, гидроксидов каль-ция, бария и растворов нейтральных солей любой концентрации. Хвойные породы древесины благодаря содержанию смол обладают большей химической стойкостью, чем лиственные породы.