сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей и корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственного волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.
Также по теме:
ЦЕЛЛЮЛОЗА
Пихта
Пихта, или пихта Дугласа — очень твердая и прочная древесина хвойных пород. Пихты Дугласа вырастают очень высокими, достигая высоты от 60 до 90 метров, если их оставить на произвол судьбы в лесу. Древесина устойчива к гниению и насекомым, но не так, как кедр.
У пихты Дугласа очень выраженное волокно, и оно обычно довольно прямое. Древесина имеет красновато-коричневый цвет и не особенно хорошо впитывает краску. Из-за структуры волокон и плотности (это тяжелое дерево) гвозди, вбитые в пихту Дугласа, как правило, остаются на месте. Это также относительно недорого. Все эти характеристики делают его отличным выбором для строительных пиломатериалов, хотя домашние мастера также используют его для настилов и некоторых деревообрабатывающих проектов.
Применение. Для облицовки стен, потолка и в качестве пола. Она прочная, долговечная, имеет большую длину, и хорошо поддается обработке.
Физические свойства.
Относительная плотность древесины лежит в пределах от 0,1 (бальза) до ~1,3 (железное дерево и некоторые другие тропические породы). Относительная плотность большей части деловой древесины составляет 0,2–0,75, плотность – 190–850 кг/м3. Относительная плотность древесинного вещества равна приблизительно 1,5. Следовательно, лишь около 1/6 объема легкой деловой древесины составляет твердое вещество, тогда как в более тяжелых сортах на него приходится около половины объема. Относительная плотность может быть различной и для одной породы деревьев, что обусловлено переменчивостью условий произрастания. Так, для сосны длиннохвойной эта величина может составлять от 0,25 до 0,80 (среднее значение 0,53).
И древесина дерева на корню, и деловая древесина сильно поглощают воду, что обусловлено ее капиллярным строением. Свободная вода заполняет клеточные полости, а связанная удерживается за счет адсорбции в промежутках между волокнами. Когда вся свободная вода при сушке удалена, так что всю сосудистую систему заполняет связанная вода, древесина достигает точки насыщения волокон, что для большинства пород соответствует содержанию влаги около 28%. Дальнейшее удаление воды приводит к усадке, так как при десорбировании адсорбированной воды волокна сжимаются и просвет сосудов уменьшается.
В зависимости от наличия влаги древесина усаживается или разбухает. Усадка от точки насыщения волокон до состояния после сушки в печи максимальна (4–14%) в тангенциальном направлении (параллельно годичным кольцам), примерно вдвое меньше (2–8%) в радиальном направлении (поперек годичных колец) и практически отсутствует (0,1–0,2%) вдоль волокон. Тангенциальная, радиальная и объемная усадки приблизительно пропорциональны изменению влагосодержания древесины.
Механические свойства древесины тесно связаны с ее волоконно-клеточной структурой. Ее прочность максимальна вдоль и довольно низка поперек волокон. Предел прочности (отнесенный к единице массы) древесины при растяжении вдоль волокон в 40 раз, а при сжатии – в 3–4 раза больше, чем у стали. Предел прочности при сжатии вдоль волокон примерно в 6 раз, а при сдвиге – примерно в 4 раза больше, чем поперек волокон. Поскольку усилия сжатия и изгиба типичны для сооружений, древесина особенно подходит для использования в строительных конструкциях в качестве колонн и коротких балок. Почти все прочностные характеристики древесины изменяются пропорционально плотности и обратно пропорционально влагосодержанию ниже точки насыщения волокон. Наклон волокон, т.е. отклонение их направления от продольной оси, снижает прочность деревянного конструктивного элемента. Точно так же она снижается при наличии в досках и бревнах сучков, включенных частей ветвей, нарушающих или полностью прерывающих ход волокон. Однако в отсутствие растягивающих и изгибающих нагрузок небольшие сучки допустимы. Прочность древесины снижается также из-за повреждений гнилостными микроорганизмами и насекомыми.
Красное дерево
Если вы не знакомы с красным деревом, возможно, вы знаете его лучше по более романтизированному прозвищу Секвойя. Деревья красного дерева известны как самые высокие породы деревьев в мире, вырастая до 120 метров.
Красное дерево очень мягкое, обрабатываемое и легкое. Цвет варьируется от бледно-белого или желтого до темно-красного и красновато-коричневого. Вырастая так же высоко и быстро, как эти гиганты, волокна обычно прямые, а волокна старого красного дерева очень плотные. Древесина имеет грубую текстуру, устойчива к гниению и к насекомым, что делает ее отличным выбором для наружных работ. Но достаточно дорогостоящее удовольствие.
Применение. Красное дерево чаще всего используется для создания долговечных террас, заборов, наружной мебели, больших балок и шпона. Может быть пригодно для контакта с землей после обработки давлением.
Древесина в строительстве
Еще с давних времен дерево использовали как строительный материал для возведения стен, для сруба. Хотя в последнее время ставят металлопластиковые окна и двери, но деревянные изделия все-таки не уступают, а даже превосходят по своим свойствам.
А натуральный пол из дерева создаст теплый микроклимат вашего дома. Непревзойденно будет смотреться и деревянная лестница.
Древесный материал в дизайнерской сфере используется при обшивке стен домов, бань саун, для производства мебели.
Почему строители и дизайнеры оставляют свой выбор на натуральном материале — древесине?
Вишня
Вишневые деревья полезны не только для плодов: они также дают один из самых востребованных видов древесины.
Древесина вишни варьируется от кремово-белого до красного и красновато-коричневого, и по мере старения и высыхания она темнеет. Волокна очень прямые и плотные, что придает древесине вишни однородный вид, и она хорошо измельчается. После окрашивания и запечатывания вишня дает одну из самых гладких поверхностей, что придает ей очень роскошный вид.
Применение. Благодаря своим роскошным отделочным качествам вишня популярна для изготовления высококачественной мебели и краснодеревщика, а также для изготовления музыкальных инструментов, полов и резьбы.
ацетилцеллюлоза
В результате взаимодействия целлюлозы со смесью уксусного ангидрида и уксусной кислоты образуются уксуснокислые эфиры целлюлозы — ацетилцеллюлоза. Для получения ацетилцеллюлозы может быть использована облагороженная древесная целлюлоза, однако основным сырьем пока является хлопковая целлюлоза (линтер). Ацетилцеллюлозу употребляют для производства ацетатного шелка, целлона (негорючей пластмассы), лаков, кинопленки и других продуктов. 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).
Махагони
Махагони — это древесина лиственных пород класса люкс. Может вырасти очень высоким, более 50 метров.
Когда дело доходит до лиственных пород для роскошной отделки и проектов, махагони вне конкуренции (ей уступает даже вишневая древесина). Древесина имеет тенденцию быть насыщенно-красной или коричнево-красной. У махагони очень гладкая, плотная текстура, чрезвычайно прочен и эластичен. Оно также очень плотное, что делает его устойчивым как к гниению, так и к насекомым.
лигнин
Кроме углеводов (целлюлозы и гемицеллюлоз), в состав клеточной оболочки входит ароматическое соединение — лигнин, которое отличается высоким содержанием углерода. Целлюлоза содержит 44,4% углерода, а лигнин 60—66%. Лигнин менее стоек, чем целлюлоза, и легко переходит в раствор при обработке древесины горячими щелочами, водными растворами сернистой кислоты или ее кислых солей. На этом основано получение технической целлюлозы. Лигнин получается в виде отходов при варке сульфитной и сульфатной целлюлозы, при гидролизе древесины. Содержащийся в черных щелочах лигнин в основном сжигается при регенерации.
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. Однако вопрос о полном квалифицированном химическом использовании лигнина пока еще не решен. Из остальных органических веществ, содержащихся в древесине, наибольшее промышленное использование получили смолы и дубильные вещества.
Клен
Красный клен — достигает высоты 30 метров и может иметь обширные кроны.
Древесина лиственных пород, которую производит каменный клен, очень плотная и прочная, с прекрасным светлым внешним видом, который варьируется от белого, желтого до насыщенного золотистого цвета. Волокна относительно плотные и прямые, со светло-коричневыми полосами. Есть еще и клен фигурный, с интересным волнистым рисунком волокон. Оба типа зерна дают гладкую, мелкую текстуру, которая очень красиво смотрится.
Применение. Клен — популярный выбор для изготовления полов, фанеры, бумаги, музыкальных инструментов, досок для мясников, верстаков и бейсбольных бит.
Древесные породы и их применение
Отдельные виды деревьев и их породы классифицируются по целому ряду признаков. Наиболее известное деление – на лиственные и хвойные породы. Выделяют виды, произрастающие на территории нашего государства и других стран. С экономической и географической точки зрения это очень важное деление, поскольку стоимость привозной древесины может быть выше отечественной в некоторых случаях.
Лиственные породы в свою очередь разделяют по форме: кольцесосудистые и рассеянно-сосудистые. А последние могут отличаться мягкой или твердой древесиной.
Кольцесосудистая древесина (ясень, акация, вяз, дуб, фисташка) получила такое название, поскольку наиболее крупные сосуды расположены в ней ближе к центру, в ранних зонах годичных колец. В рассеянно-сосудистых породах (бук, граб, рябина, клен) крупные сосуды рассредоточены более-менее равномерно. От этого меняется рисунок древесины.
И лиственные, и хвойные деревья широко применяются в домостроении и других областях строительных технологий. Из них традиционно изготавливаются такие элементы строительных конструкций, как стены, обвязки, перегородки, стропила и другие кровельные элементы. Их широко применяют при изготовлении оград, крылец, веранд (террас), беседок и целого ряда подсобных строений.
Дуб
Дубы, красные или белые, обычно вырастают до 25 метров в высоту, и каждую осень они сбрасывают желуди.
Дуб бывает двух распространенных сортов: белый и красный. Оба они очень плотные и жесткие, с прямозернистой шероховатой текстурой. Красный дуб имеет более красный оттенок, а белый дуб светлее, от белого до бледно-желтого. Белый дуб известен своей «пятнистостью» — волнистым контрастным рисунком, обнаруживаемым в процессе распила. Дуб устойчив к гниению и насекомым, и хотя он очень прочный, он имеет свойство гнуться. Он также очень хорошо впитывает краску, но через несколько слоев будет видна зернистость.
Применение. Долговечность и гибкость дуба делают его отличным выбором для судостроения и изготовления бочек для вина или виски. Дуб также обычно используется для изготовления полов, мебели и столярных изделий.
Изделия из отходов древесины
В результате обработки древесного сырья на пиломатериалы средний выход готовой продукции составляет порядка 65 %. Оставшиеся 35 % приходятся на отходы в виде горбыля (14%), опилок (12%), обрезков и мелочи.
В случае переработки пиломатериалов для производства строительных материалов, мебели и изделий бытового назначения получается около 40% отходов (это опилки, срезки, стружка). Поэтому, для более рационального использования этого материала, данная «отбраковка» также находит применение в промышленности.
В частности, древесные опилки используются для изготовления теплоизоляционных и стеновых материалов, в состав которых входят вяжущие растворы. Кроме того, они являются одним из компонентов перегородочных и отделочных гипсовых плит. Также стружка используется для производства древесно-стружечных плит.
Из кусковых отходов небольшого размера и обрезков путем дробления получается стружка для изготовления ДСП, арболита и т.д. Крупные отходы используются для создания клееных конструкций различного назначения (шпал, брусьев, оконных блоков и т.п).
Экоизделия из отходов ценных пород древесины:
Тик
Когда дело доходит до сочетания долговечности и красивого внешнего вида, тик — один из лучших вариантов на рынке древесины твердых пород.
Тик — это, как правило, прямослойная древесина с грубой и неровной текстурой. Древесина состоит из натуральных масел, что делает ее очень устойчивой к гниению и насекомым. Несмотря на эти масла, с тиком легко работать, как при приклеивании, так и при отделке. Во многих отношениях тик и красное дерево очень похожи, но тик несомненно коричневый, а красное дерево часто имеет красный оттенок.
Применение. Тик чаще всего используется в лодочной промышленности, для изготовления мебели, резьбе и других небольших деревянных изделиях.
Строение
Рис. 1. Главные разрезы ствола дерева: П – поперечный; Р – радиальный; Т – тангенциальный.
Рис. 2. Схема микроскопического строения древесины сосны (по В. Е. Вихрову): 1 – годичный слой; 2 – многорядный луч с горизонтальным смоляным ходом; 3 – окаймлённая пора; 4 – л…
Д. изучают на трёх разрезах ствола: поперечном и двух продольных – радиальном и тангенциальном (рис. 1). В Д. различают заболонь (периферич. светлую зону) и ядро (центр. зону), имеющее более тёмную окраску у т. н. ядровой Д. или мало отличающееся по цвету от заболони у безъядровой Д. Среди безъядровых пород (ель, пихта, бук и др.) выделяют спелодревесные, у которых центр. зона Д. в свежесрубленном состоянии менее влажная, чем периферическая, и заболонные (берёза, клён) – с равномерной влажностью по сечению ствола. Годичные слои (ежегодные приросты Д.) на поперечном разрезе имеют вид концентрич. окружностей, на радиальном и тангенциальном – соответственно прямых и изогнутых полос; у мн. пород в каждом слое заметны менее плотная светлая (т. н. ранняя) и более плотная тёмная (поздняя) Д. У кольцесосудистых лиственных пород (напр., дуб, ясень) крупные сосуды расположены только в ранней Д., а у рассеянно-сосудистых (берёза, осина) крупные и мелкие сосуды равномерно распределены по годичному слою. У некоторых лиственных пород на поперечном разрезе видны светлые радиальные полоски (лучи), на радиальном – блестящие тёмные или светлые поперечные полоски, а на тангенциальном – веретеновидные узкие полоски. У некоторых хвойных пород (сосна, кедр и др.) в поздней зоне годичных слоёв на поперечном разрезе заметны светлые пятнышки – смоляные ходы.
Рис. 3. Схема микроскопического строения древесины берёзы (по В. Е. Вихрову): 1 – волокнистые трахеиды; 2 – годичный слой; 3 – лучи; 4 – сосуды.
Наблюдаемая с помощью оптич. и электронных микроскопов структура Д. срубленного дерева включает растительные клетки с отмершим протопластом (т. н. мезоструктура). Клеточные стенки (микроструктура) состоят в осн. из целлюлозных микрофибрилл (наноструктура). В тонкой первичной и толстой трёхслойной вторичной оболочке клеточной стенки микрофибриллы имеют разл. ориентацию; в наиболее мощном внутр. слое вторичной оболочки микрофибриллы расположены под небольшим углом наклона (5–15°) к длинной оси клетки. Такая преимущественная ориентация микрофибрилл – одна из осн. причин анизотропии Д. Со стороны полости клетки стенку покрывает тонкий бородавчатый слой. В стенках клеток имеются простые или окаймлённые поры. В промежутках между микрофибриллами находится лигнин, вызывающий одревеснение клеточных стенок, а также гемицеллюлозы и вода.
Д. хвойных пород в осн. состоит из удлинённых прозенхимных клеток – трахеид (рис. 2). Расположенные в ранней зоне годичного слоя крупнополостные трахеиды выполняют гл. обр. проводящую функцию, поздние толстостенные трахеиды – механическую, а паренхимные клетки, образующие лучи и участвующие в структуре вертикальных смоляных ходов, – запасающую. Горизонтальные ходы в некоторых лучах пересекаются с вертикальными, составляя единую смолоносную систему. В Д. лиственных пород (рис. 3) проводящую функцию выполняют сосуды, сосудистые и волокнистые трахеиды; механическую – волокна либриформа и/или волокнистые трахеиды; запасающую – паренхимные клетки в виде горизонтальных однорядных и многорядных лучей, а также вертикальной осевой паренхимы.
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%.
Тайниды 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.
выход основных продуктов при сухой перегонке
| Продукты | Выход, %, из | |||
| сосны | березы | |||
| древесины | коры | древесины | коры | |
| Уголь | 37,90 | 42,50 | 33,0 | 37,40 |
| Газы | 18,20 | 19,80 | 15.3 | 18,50- |
| Уксусная кислота | 3,10 | 0,85 | 6,9 | 2,55 |
| Метиловый спирт | 0,85 | 0,31 | 1,6 | 0,69 |
| Смола | 7,00 | 8,40 | 6,3 | 14,90 |
Газификация древесины в энергохимических установках, позволяющих получать генераторный газ и улавливать продукты пиролиза, может служить одним из способов утилизации древесных отходов. Окисление древесины в процессе горения имеет значение, если она используется в виде топлива. Качество древесины как топлива оценивается теплотворной способностью. Массовой теплотворной способностью называется количество тепла, которое выделяется при полном сгорании единицы массы — 1 кг древесины.
где С, Н и О — содержание углерода, водорода и кислорода, %; W — относительная влажность древесины. Эта формула дает лишь приближенные значения, отклоняющиеся от действительных на 5—10%. Точно теплотворная способность определяется лабораторным путем в калориметрах по стандартной методике Массовая теплотворная способность практически не зависит от породы древесины; это объясняется одинаковым химическим составом древесины разных пород. Так, по имеющимся данным, массовая теплотворная способность абсолютно сухой древесины колеблется от 4700 до 5100 ккал. Теплотворная способность абсолютно сухой коры березы выше, чем у древесины на 17%, а ольхи на 12%.
В практике дрова оценивают не по массе (весу), а по объему; в этом случае важна объемная или удельная теплотворная способность древесины, т. е. количество тепла, получаемое при сгорании единицы объема древесины. Удельная теплотворная способность может быть получена умножением массовой теплотворной способности на плотность древесины.
Теплотворная способность в большой мере зависит от влажности: с увеличением влажности древесины она падает. Наивысшая температура, которая может быть достигнута при идеальных условиях горения (жаропроизводительная способность древесины), также может быть подсчитана теоретически. В лабораториях она определяется пирометрами. Так, для абсолютно сухой древесины бука температура горения равна 1720°. Однако практически из-за потерь в топке такая температура не может быть достигнута; действительная температура горения древесины может быть принята равной 1000—1100°. В настоящее время значение древесины как топлива уменьшается в связи с широким использованием высококалорийного жидкого и газообразного топлива.
