55.Химический состав древесины. Влияние составных компонентов на свойства целлюлозы.

Древесина относится к одному из весьма распространенных строительных материалов. Древесные материалы применялись в строительстве с глубокой древности.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ:

Древесина в сухом состоянии состоит в основном из следующих веществ, которые по их количеству в древесине можно расположить в таком порядке: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы, экстрактивные и золообразующие минеральные вещества. Древесина является материалом биологического происхождения и большая часть вещества древесины состоит из высокомолекулярных соединений. В абсолютно сухом состоянии древесина на 99 % состоит из органических соединений. На долю неорганической части древесины в среднем приходится 1 %.

Элементарный химический состав органической части древесины всех пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина содержит в среднем (49 – 50) % углерода, (43 – 44)% кислорода, около 6 % водорода и (0,1 – 0,3) % азота. Эти химические элементы образуют сложные химические соединения: целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы и экстрактивные вещества. Содержание органических веществ в древесине зависит от породы, возраста и других факторов. У хвойных пород больше целлюлозы, у лиственных - пентозанов. В ранней зоне годичных слоев целлюлозы меньше, чем в поздней. Целлюлозы, лигнина и экстрактивных веществ в ядре больше, чем в заболони. С возрастом содержание экстрактивных веществ увеличивается.

ВЛИЯНИЕ:

Целлюлоза - главная составная часть клеточных стенок. Она обеспечивает механическую прочность и эластичность тканей. Представляет собой линейный полимер, полисахарид с -степень полимеризации.

Целлюлоза - линейный гомогликан, построенный из остатков глюкозы, связанных в положении β(1→4), является самым распространенным органическим соединением. Под гидротермолизом растительной ткани понимают процесс взаимодействия полисахаридов древесины с водой с образованием простых сахаров при повышенной температуре (обычно в присутствии кислых катализаторов). В качестве катализаторов при гидролизе применяются минеральные кислоты (серная, соляная и др.) или же гидротермолиз происходит с участием органических кислот – продуктов гидротермолиза. С момента открытия в 1819 году превращения целлюлозы в глюкозу действием концентрированной серной кислоты, параллельно развивались два направления: гидролиз разбавленными кислотами при высоких температурах и гидролиз концентрированными кислотами при нормальных температурах. Оба эти направления имеют промышленные решения. Гидротермолиз полисахаридов может быть выражен следующими реакциями: С6Н10О5)n + n Н2О => n С6Н12О6 (С5Н8О4)m + m Н2О => m С5Н10О5 Гексозаны Гексозы Пентозаны Пентозы Разница в скорости гидролиза дает основание разделить полисахариды на легко и трудно гидролизуемые. К первой группе относятся большая часть гемицеллюлоз, крахмал, камеди, ко второй - целлюлоза и некоторая часть гемицеллюлоз. В промышленности наиболее широко применяется способ гидролиза разбавленной до (0,5 – 0,6) % концентрации серной кислотой. При температуре (140 – 160) ºС происходит гидролиз гемицеллюлоз. При температуре (180 – 190) ºС начинается гидролиз целлюлозы. В результате гидролиза образуется гидролизат - кислый водный раствор простых сахаров. В конце процесса в виде нерастворимого остатка остается лигнин.