Биохимические особенности древесины

 

Биологические особенности древесины характеризуются её составом – органическим веществом (99% общей массы) представленным углеводами до 80%, лигнином (до 10%), липидами и дубильными веществами (около 10%), а также белковыми веществами и зольными (неорганическими) элементами (меньше 1%). Они же определяют стойкость древесины против поражения грибками и насекомыми. По стойкости все породы деревьев подразделяются на:

− малостойкие – берёза, бук, липа и др.;

− среднестойкие – сосна, кедр и др.;

− стойкие – дуб, карагач, пихта и др..

Для предохранения древесины от воздействия грибков и насекомых её обрабатывают влагозащитными и антисептическими составами.

Химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1−0,3% азота. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы.

Перечисленные химические элементы образуют основные органические вещества: целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы.

Целлюлоза состоит из длинных цепных молекул, образованных повторяющимися звеньями, состоящими из двух глюкозных остатков.

Формула целлюлозы (C₆H₁₀O₅)_n, где n − степень полимеризации, равная 6000-14000. Это стойкое вещество белого цвета, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.).

Целлюлоза на 70% обладает кристаллической структурой и имеет особые свойства. Это объясняется регулярностью строения цепи макромолекулы и значительными силами внутри- и межмолекулярного взаимодействия.

Кора и древесина некоторых древесных пород содержит токсичные вещества (алкалоиды). Например, у тиса ядовиты кора и листья, у самшита ядовиты все части, но особенно кора и листья.

Физико-механические особенности древесины

 

Физическими называются такие особенности древесины, которые существуют и проявляются (наблюдаются) без изменения её химического состава: плотность, влажность; проницаемость жидкостями и газами; тепловые, электрические, звуковые свойства, проявляющиеся при воздействии излучений, а также, характеризующие внешний вид древесины.

К механическим особенностям древесины относят её прочность и деформативность (деформированость).

Прочность – способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий.

Деформативностью называется изменение формы и размеров древесины под действием внешних сил.

Плотность древесины

 

По плотности древесину делят на четыре группы:

– особо тяжёлые (плотность более 0,8) – твёрдые рассеянно-сосудистые – самшит, железное дерево, кизил, хурма;

– тяжёлые (0,6−0,8) – кольцесосудистые лиственные – дуб, ясень, каштан, клён, граб, берёза, белая акация, груша;

– лёгкие (0,4−0,6) – мягкие рассеяно-сосудистые лиственные – ольха, липа, осина, сосна, ель;

– особо лёгкие (менее 0,4) – пихта, бальза.

Плотность (объемная масса) древесины является величиной не постоянной и увеличивается с повышением влажности одной и той же породы. Древесину по степени влажности различают на:

– мокрую, W > 100%, длительное время находившуюся в воде;

– свежесрубленную, W = 50-100%, сохранившую влажность растущего дерева;

– воздушно-сухую, W = 15-20%, выдержанную на открытом воздухе;

– комнатно-сухую, W = 8-12%, долгое время находившуюся в отапливаемом помещении;

– абсолютно-сухую, W = 0, высушенную при температуре t=103±2°C.

Древесину принято характеризовать по объемной массе при стандартной 15%-ной влажности. Объемную массу, определенную при некоторой фактической влажности, приводят к стандартной по формуле:

, или ,

где р ₁₅ – объемная масса образца при 15%-ной влажности, г / см ³ или кг / м ³;

р _w – объемная масса образца при фактической влажности в момент определения, г / см ³, кг / м ³; W – влажность древесины в момент определения объемной массы, %.

В табл. 9.1. приведены плотности при трех значения влажности – 15%, 50% и абсолютно сухой древесины некоторых пород.

 

Таблица 9.1.

Плотность различных пород древесины в зависимости от влажности

 

Порода	Плотность древесины, кг/м^3
	р15	р50	р0
Пихта сибирская	375	453	350
Сосна сибирская	435	537	410
Ель	445	550	420
Сосна обыкновенная	500	622	470
Лиственница	660	813	630
Граб	800	974	760
Акация белая	800	974	760
Груша	710	876	670
Дуб	690	852	650
Клен	690	852	650
Ясень обыкновенный	680	840	645
Бук	670	815	640
Вяз	650	800	615
Береза	630	766	600

Продолжение таблицы 9.1.

Порода	Плотность древесины, кг/м^3
	р15	р50	р0
Орех грецкий	590	730	560
Ольха	520	632	490
Осина	495	610	470
Липа	495	610	470
Тополь	455	511	430
Ива белая	455	511	430

Влажность древесины

 

Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины: W = (m – m₀) / m₀ * 100, где m – начальная масса образца древесины, г, а m₀ – масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную и свободную. Связанная вода находиться в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая только механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на особенности древесины.

Влажность измеряется прямыми или косвенными методами.

Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но имеют недостаток – продолжительную процедуру измерений.

Косвенные методы основаны на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины. Однако и эти способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания в диапазоне от 7 до 30% только в месте введения игольчатых контактов.