Тема 1.2 Химический состав древесины

Сложные органические вещества

 

Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод С, водород Н, кислород О и немного азота.

Элементный химический состав абсолютно сухой древесины всех пород практически одинаков:

- углерод 49-50%,

- кислород 42-44%,

- водород 6-7%,

- азот 0,1-0,7%,

- неорганическая часть 0,1-2% (зола, состоящая из окислов калия, кальция, натрия, магния, кремния и т. п.).

Плотность древесного вещества (материала абсолютно сухих клеточных стенок) не зависит от породы и равна 1530 кг/м³. В то же время плотность абсолютно сухой древесины из-за наличия внутриклеточных пустот колеблется для разных пород в широких пределах от 100 кг/м³ (бальса) до 1300 кг/м³ (гваякум).

Остальные вещества называются экстрактивными, т.е. извлекаемыми различными растворителями без заметного изменения состава древесины; из них наибольшее значение имеют дубильные вещества и смолы.

Сложные органические вещества

Входящие в состав древесины и названные выше основные химические элементы (С, Н и О) образуют сложные органические вещества.

Главнейшие из них образуют клеточную оболочку (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы — пентозаны и гексозаны) и составляют 90—95% массы абсолютно сухой древесины.

В абсолютно сухой древесине содержится 39-58% целлюлозы, 17-34% лигнина, 15-38% гемицеллюлозы и до нескольких процентов восков, смол, таннинов, жиров, эфирных масел.

Целлюлоза растворяется в аммиачном растворе окиси меди, образуя медноаммиачное комплексное соединение, которое используется для получения очень тонкого медноаммиачного волокна. При взаимодействии целлюлозы с водой в присутствии катализаторов происходит реакция гидролиза и образуется простейший сахар — глюкоза. В качестве катализаторов обычно используют минеральные кислоты (кислотный гидролиз).

В результате взаимодействия целлюлозы со смесью уксусного ангидрида и уксусной кислоты образуются уксуснокислые эфиры целлюлозы — ацетилцеллюлоза. Ацетилцеллюлозу употребляют для производства ацетатного шелка, целлона (негорючей пластмассы), лаков, кинопленки и других продуктов.

Лигнин

В состав клеточной оболочки входит ароматическое соединение — лигнин, которое отличается высоким содержанием углерода. Лигнин используется в качестве пылевидного топлива, заменителя дубильных веществ, в производстве крепителей формовочных земель (в литейной промышленности), пластических масс, искусственных смол, для получения активированного угля, ванилина и др.

Гемицеллюлоза

Гемицеллюлозы – полисахариды. При гидролизе полисахаридов гемицеллюлоз образуются простые сахара.

Смолы.

Эту группу веществ принято делить на нерастворимые в воде смолы (жидкие и твердые) и камедесмолы, содержащие растворимые в воде камеди. Среди жидких смол наибольшее значение имеет живица, которую получают из древесины (иногда из коры) хвойных пород в результате подсочки.

Из сосновой живицы получают канифоль и скипидар.

Скипидар находит широкое применение как растворитель в лакокрасочной промышленности, для производства синтетической камфоры и других продуктов. Камфора в больших количествах используется в качестве пластификатора в производстве целлулоида, лаков и кинопленки.

Из канифоли получают хозяйственное мыло. В большом количестве используется канифольный клей для проклейки бумаг.

Глицериновый эфир канифоли вводят в состав нитролаков для придания пленке блеска.

Канифоль используется для приготовления электроизоляционных материалов, в производстве синтетического каучука и др.

Камедь

Применяют ее в текстильном производстве для изготовления красок, в полиграфической, бумажной промышленности и др.

Дубильные вещества, или танниды.

Этим понятием объединяются все вещества, которые обладают свойствами дубить сырую кожу, придавая ей стойкость против гниения, эластичность, способность не разбухать. Наиболее богата дубильными веществами древесина ядра дуба (6 — 11%) и каштана (6—13%). В коре дуба, ели, ивы, лиственницы и пихты содержится от 5 до 16% таннидов. В наростах на листьях дуба — галлах содержится от 35 % до 75% таннидов (одной из разновидностей дубильных веществ). В листьях и корнях бадана содержание таннидов составляет 15-25%.

Танниды растворимы в воде и спирте, обладают вяжущим вкусом, при соединении с солями железа дают темно-синюю окраску, легко окисляются. Дубильные вещества экстрагируют горячей водой из измельченной древесины и коры. Товарным продуктом является либо жидкий, либо сухой экстракт, который получают после упаривания раствора в вакуум-аппарате и сушки. Из древесных растений можно получать также эфирные масла, лакторезины и красящие вещества.

Эфирные масла.

Из древесины культивируемого на Кавказе камфорного лавра (Cinnamomun camphora) путем отгонки с водяным паром получают камфорное масло (выход масла 4%), которое идет на приготовление камфоры.

Из хвои и шишек разных видов пихты добывают пихтовое масло, представляющее собой прозрачную, бесцветную ароматическую жидкость, быстро испаряющуюся на воздухе. Хвоя сибирской пихты содержит от 0,63 до 3%, а хвоя кавказской пихты 0,2% пихтового масла. Пихтовое масло имеет применение в фармацевтическом производстве, в парфюмерии и для приготовления лаков. Летучие эфирные масла хвойных пород сосны, ели, западной туи, обладают свойствами убивать микробов, находящихся в воздухе или в воде.

Лакторезины — млечные соки некоторых растений, близкие к смолам. К ним относятся каучук и гуттаперча. Каучук добывается из коры дерева Hevea brasiliensis и представляет собою аморфную массу от желтого до темного цвета, растворимую в сероуглероде, хлороформе, эфире и скипидаре. Гуттаперчу получают из некоторых тропических древесных пород (например, Isonandra gutta Hook и др.). В РФ (в Крыму, на Кавказе) акклиматизирована эвкоммия, в листьях и корнях которой содержится 4—6% гуттаперчи. Из отечественных пород гуттаперчу содержат в коре корней (до 7 %) бересклет бородавчатый и европейский. Очищенная гуттаперча представляет собой твердую массу бурого цвета, легко растворимую в сероуглероде, хлороформе и скипидаре. Из нее изготавливают клише для рисунков, изоляцию электрических кабелей и др.

Красящие вещества могут находиться как в древесине, так и в коре, листьях и корнях; в древесине встречаются красящие вещества красного, желтого, синего и коричневого цветов. Из произрастающих в нашей стране пород для окрашивания тканей и пряжи в желтый цвет местное население на Кавказе использует древесину маклюры, шелковицы, скумпии, кору граба, сумаха и хмелеграба, для окраски в красный цвет — сухую кору крушины, в коричневый — древесину скумпии, кожуру грецкого ореха и др.

Биологически активные вещества могут иметь большое значение для медицины, животноводства и пищевой промышленности.

В хвойно-витаминной муке содержится каротина и витаминов значительно больше, чем в сене и других кормах, поэтому ее используют как ценную добавку к кормам для животных и птиц.

В хвое содержится аскорбиновой кислоты — витамина С — в 6 раз больше, чем в лимонах и апельсинах.

 

Широкое применение в медицине находит специальная паста (хлорофиллокаротиновая) для лечения кожных заболеваний, ожогов, язв и других болезней. Хвойная паста добавляется в мыло, зубные пасты, шампуни.

В древесной зелени содержатся эфирные масла, которые обладают антимикробной и антибактериальной активностью.

Дигидрокверцетин является веществом естественного происхождения, который содержится в различных частях растений. Он:

- регулирует процессы, проходящие в отрганизме человека,

- оказывает положительное влияние на функциональное состояние внутренних органов организма,

Защищает организм от химических отравлений, воздействия электромагнитного излучения и радиации, путем нейтрализации радикальной активности, процессов вирусной и бактериальной природы.

Он не токсичен, безвреден, обладает высокой активностью при небольших концентрациях, устойчив к тепловым и механическим воздействиям.

Дигидрокверцетин в настоящее время используется более чем в 100 биологически активных добавках к пище и лекарственных средств, а также в продуктах питания.

Арабиногалактан обладает широким спектром биологических свойств, включающих:

– иммунобиологическую,

- стимулирует размножение клеток селезенки и костного мозга стимулирует мембранотропную активность;

Является источником пищевой клетчатки,

Лечит кишечник.