Три полимера и всё остальное
Целлюлоза даёт прочность, лигнин жёсткость, гемицеллюлозы связывают одно с другим. Вместе они составляют больше 90% сухой древесины. Остальное это вещества, которые можно вымыть растворителем, и зола.
Высокомолекулярные компоненты клеточной стенки (целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин) образуют её каркас и матрицу. Низкомолекулярные компоненты делят на органические экстрактивные вещества (терпены и смоляные кислоты, жиры и воски, фенольные соединения) и неорганические, которые остаются после сжигания в виде золы.
Хвойные и лиственные
У хвойных больше лигнина и другой набор гемицеллюлоз: много маннанов. У лиственных лигнина меньше, зато больше ксилана. Целлюлозы примерно поровну.
По данным Шёстрёма сосна обыкновенная содержит 40,0% целлюлозы, 16,0% глюкоманнана, 8,9% глюкуроноксилана и 27,7% лигнина; берёза повислая 41,0% целлюлозы, 2,3% глюкоманнана, 27,5% глюкуроноксилана и 22,0% лигнина. Лигнин хвойных гваяцильный, лиственных гваяцил-сирингильный; ксиланы лиственных сильно ацетилированы.
Элементы
На уровне атомов древесина удивительно одинакова у всех пород: половина углерод, почти половина кислород и немного водорода. Азота и минералов совсем мало.
Элементный состав древесины: около 50% C, 6% H и 44% O; азота обычно лишь десятые доли процента. Зольность древесины умеренного пояса обычно 0,2-0,5% и почти всегда меньше 1%; главные зольные элементы кальций, калий и магний. В коре зольность и доля экстрактивных веществ заметно выше, чем в древесине.
Как делают анализ
Состав определяют по шагам. Сначала растворителем вымывают смолы и жиры. Потом крепкой кислотой растворяют углеводы, и остаётся лигнин. Отдельно мягким окислителем удаляют лигнин, и остаются все углеводы вместе.
Измельчённую древесину экстрагируют органическими растворителями (например, ацетоном или смесью этанола с толуолом). Лигнин Классона определяют как остаток после обработки 72%-ной серной кислотой и кипячения в разбавленной кислоте. Холоцеллюлозу (сумму полисахаридов) получают делигнификацией хлоритом натрия в кислой среде. Альфа-целлюлоза это часть холоцеллюлозы, не растворимая в 17,5%-ном NaOH. Состав полисахаридов находят по моносахаридам после полного гидролиза, методом хроматографии.
Почему состав меняется
Даже в одном дереве химия разная: в ядре больше смол, в креневой древесине больше лигнина, в коре больше золы. Поэтому цифры в таблицах всегда средние.
Состав зависит от зоны ствола (заболонь и ядро различаются содержанием экстрактивных веществ), от возраста древесины (ювенильная и зрелая), от реактивной древесины (креневая богаче лигнином, тяговая целлюлозой) и от условий роста. Для сравнения пород нужны данные, полученные одним методом.
Главное в цифрах
- полисахариды
- 65-75%
- лигнин
- 18-35%
- сосна: лигнин
- 27,7%
- берёза: ксилан
- 27,5%
- углерод
- около 50%
- зола
- обычно 0,2-0,5%
Источники главы
- Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
- Pettersen R.C. The chemical composition of wood. In: Rowell R.M. (ed.) The Chemistry of Solid Wood. Advances in Chemistry Series 207. Washington, DC: American Chemical Society, 1984, pp. 57-126.
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
- Fengel D., Wegener G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin; New York: De Gruyter, 1984.