Khimia_drevesiny_i_SP_Ch_1

При набухании волокон целлюлозы в ее растворителях, например, в медноаммиачном реактиве, наблюдается образование характерных вздутий (баллонов, или бус), обусловленное особенностями спиральной структуры слоев клеточной стенки.

Рисунок – Схема набухания целлюлозного волокна с образованием «бус»: 1 - перетяжка из микрофибрилл слоя S1, 2 – набухший слой S2; 3 – слой S 3

2.2.4 Значение строения и состава древесины в химической и химикомеханической переработке

Выбор древесного и другого растительного сырья зависит от вида и назначения конечного продукта и во многом определяется химическим составом и строением сырья.

В целлюлозно-бумажном производстве необходимо волокнистое сырье, в гидролизных производствах – сырье с большим содержанием полисахаридов, в лесохимических производствах сырье рассматривается как источник низкомолекулярных продуктов и углерода, а в производстве древесных плит и пластиков древесина используется как составная часть полимерных композиционных материалов.

Для применения в производстве целлюлозы и бумаги сырье должно содержать достаточно много целлюлозы, а ее волокна обладать хорошими бумагообразующими свойствами.

Сырье для гидролизных производств должно давать высокий выход сахаров при кислотном гидролизе. В зависимости от принадлежности к растениям голосеменным (хвойныее породы) или покрытосеменным (лиственные породы и сельскохозяйственные отходы), оно может использоваться в разных производствах. Древесину лиственных пород, а также сельскохозяйственные отходы, как пентозансодержащее сырье, применяют в производстве фурфурола и ксилита, а древесину хвойных пород, дающая при гидролизе высокий выход гексоз, - в производстве этанола и углекислоты. И те и другие древесные породы используют в производстве кормовых дрожжей.

Влесохимии разные производства требуют определенного сырья. В канифольноскипидарном производстве используются высокосмолистые хвойные породы. При пиролизе древесины ценным сырьем для производства активного угля служит древесина твердолиственных пород.

Влюбом процессе химической и химико-механической переработки древеси-

ны важную роль играет анатомическое строение древесины. Строение древесной ткани определяет метод ее разделения на волокна в ЦБП и в производстве древесноволокнистых плит.

При использовании древесины в качестве волокнистого сырья в первую очередь оценивают тип и содержание волокон и их ультраструктуру, от которых зависят бумагообразующие свойства. Для получения целлюлозы и бумаги наибольшую ценность представляют прозенхимные клетки, среди которых лучшими бумагообразуюшими свойствами отличаются трахеиды и волокна либриформа. Из древесины хвойных пород получаются длинноволокнистые полуфабрикаты, а из древесины лиственных – коротковолокнистые. Содержащиеся в древесине лиственных пород сосуды ухудшают прочностные свойства волокнистых полуфабрикатов, но придают хорошую впитывающую способность бумаге.

111

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Вдревесине лиственных пород по сравнению с хвойными содержится больше коротких клеток, теряющихся при варке целлюлозы, но сильнее развита проводящая система, поэтому древесина лиственных пород имеет лучшую проницаемость и требует меньшего времени на варку.

Лигнин древесины лиственных пород имеет более редкую сетчатую структуру и менее способен к реакциям сшивания, чем лигнин древесины хвойных. Это облегчает делигнификацию древесины лиственных пород.

Эти различия между древесиной лиственных и хвойных пород требуют разных технологических режимов при их переработке в целлюлозу и бумагу и создают трудности при совместной варке древесины лиственных и хвойных пород.

Впроцессе варки целлюлозы и полуцеллюлозы древесная ткань подвергается химическому и физическому воздействию. При этом ультраструктура клеточной стенки существенно изменяется. Основное количество лигнина присутствует во вторичной стенке. Для достижения достаточной степени делигнификации требуется удалить лигнин из всех слоев клеточной стенки.

Врезультате делигнификации целлюлозные волокна становятся гибкими и эластичными.

При размоле целлюлозной массы происходит фибриллирование клеточных стенок – расщепление их на фибриллы и более тонкие элементы. На процесс фибриллирования о влияние оказывает ультраструктура клеточной стенки. По сравнению с хлопковым волокном волокна древесной целлюлозы фибриллируются значительно легче.

При получении древесной массы необходимое размягчение срединных пластинок достигается водно-тепловой или слабой химической обработкой. Чем сильнее химическое или физико-химическое воздействие, тем меньше расход энергии на разделение древесной ткани на волокна при механической обработке.

Впроизводстве древесно-волокнистых плит размол приводит к разрушению преимущественно межклеточного вещества и незначительному повреждению клеточных стенок. В результате образуется малофибриллированное древесное волокно, поверхность которого большей частью покрыта лигнином. Химический состав древесины определяет характер процессов, протекающих при последующем горячем прессовании, во всем объеме клеточной стенки. При повышенной температуре в присутствии воды и кислорода воздуха происходят термогидролитические превращения высокомолекулярных компонентов древесного комплекса, сопровождающиеся реакциями окисления.

Под термогидролитическими превращениями понимают совместно происходящие реакции гидролитической и термической деструкции и конкурирующие реакции сшивания цепей.

Химические реакции высокомолекулярных компонентов древесины в технологических процессах варки целлюлозы, гидролизных производств и пиролиза древесины подробнее рассматриваются далее в соответствующих разделах.

112

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

2.3Физические и физико-химические свойства древесины

2.3.1Влияние структуры древесины на ее свойства. Внешний вид древесины

Свойства древесины во многом определяются ее структурой. Древесина имеет

волокнистую структуру, так как основная масса клеток относится к прозенхимным. Чередование ранней и поздней древесины образует слоистую структуру древесины. Анатомические элементы и ткани древесины ориентированы определенным образом в стволе дерева. Эти особенности строения древесины обусловливают выделение в ней трех главных структурных направлений:

–аксиальное (вдоль волокон, т.е. параллельно оси ствола),

–радиальное (вдоль радиуса ствола),

–тангенциальное (перпендикулярно сердцевинным лучам и радиусу ствола). Многие свойства древесины (прочность, набухание, проницаемость и др.) за-

висят от структурного направления, что делает древесину анизотропным материалом, у которого количественные характеристики свойств в каждом направлении разные.

Другая важная особенность структуры древесины – пористость. Поэтому суммарный объем пор и их размеры влияют на свойства древесины.

Поверхность материала древесины гидрофильна, а поперечные размеры ее пустот меньше капиллярной постоянной воды (3,8 мм при 20°С), характеризующей линейный размер, при котором и меньше которого становятся существенными капиллярные явления. Поэтому при контакте древесины с водой наблюдаются капиллярные явления, играющие важную роль в жизни дерева и в процессах переработки древесины.

Внешний вид древесины оценивают цветом и текстурой.

Древесина обладает многообразием оттенков, которые придают ей экстрактивные вещества. Древесина пород тропической полосы характеризуется более яркой окраской (красное дерево и др.), а древесина умеренной полосы имеет более слабую окраску.

Цвет древесины является своеобразным индикатором, показывающим качество, возраст и состояние древесины. Качественная и здоровая древесина имеет равномерный цвет без пятен и других вкраплений. Если такие элементы присутствуют, то это свидетельствует о ее загнивании. Цвет древесины может изменяться также под влиянием атмосферных явлений.

Текстура – это рисунок древесины, образующийся на ее поверхности при перерезании анатомических элементов (годичных слоев). Особенно интересен этот рисунок при тангенциальном разрезе древесины.

Текстура и цвет определяют ценность древесины как поделочного материала.

2.3.2 Плотность, пористость и проницаемость древесины

Плотность является одной из важнейших характеристик древесины как конструкционного материала и сырья для различных видов переработки.

Плотность характеризует количество вещества в единице объема и равна отношению массы древесины к занимаемому ею объему.

Когда невозможно или трудно измерить объем древесины, определяют относительную плотность.

113

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Относительная плотность – безразмерная величина, представляет собой отношение массы древесины к массе вытесняемой ею воды.

Плотность древесинного вещества рдв – масса единицы объема древесины, образующего клеточные стенки, – примерно одинакова для древесины различных пород и среднее значение принято равным 1530 кг/м3.

Это обусловлено схожестью элементного состава, незначительной разницей плотности основных компонентов клеточной стенки и низкой зольностью древесины.

При определении плотности древесинного вещества его массу определяют взвешиванием, а объем рассчитывают по разнице объема образца древесины и объема жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.

Плотность древесины зависит от ее пористости.

Пористость древесины (П) – относительный объем пустот в ненабухшей древесине, т.е. в древесине, не содержащей воды:

П= 100% (Vо – Vдр.)/ Vо,

где Vо и Vдр – объемы образца и содержащегося в нем древесинного вещества. Для древесных пород умеренной полосы пористость лежит в пределах 40–

77%.

Пористость древесины обусловлена наличием в ее структуре полостей клеток, межклетников и пор.

Плотность древесины зависит от:

–толщины клеточных стенок и породы древесины;

–содержания в древесине воды (увеличивает массу образца, а набухание клеточных стенок вызывает изменение объема образца);

–условий произрастания.

По плотности древесины (влажность 12%) все породы делят на три группы:

–малой плотности (≤ 540 кг/м3) – ель, пихта, сосна, тополь, осина, ива, липа,

ольха;

–средней плотности (550–740 кг/м3) – лиственница, береза, бук, дуб, вяз, клен, ясень;

–высокой плотности (750 кг/м3 и более) – акация, граб, отдельные виды березы, дуба, ясеня.

Проницаемость древесины характеризует ее способность пропускать жидкость или газы под давлением, что важно для процессов ее переработки.

Проницаемость обусловлена существованием в древесине системы сообщающихся через поры полостей клеток и межклетников.

Сухая клеточная стенка имеет низкую пористость, она практически непроницаема для неполярных сред. В полярных жидкостях клеточные стенки сильно набухают и пористость их увеличивается.

Для технологических целей важны водо- и газопроницаемость. Проницаемость древесины оценивается скоростью прохождения потока жид-

кости (газа) через единицу площади поверхности образца древесины. Проницаемость древесины максимальна вдоль волокон. У древесины лист-

венных пород она в несколько раз выше, чем у хвойных, так как совпадает с направлением сосудов.

114

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

2.3.3 Механические свойства

Механические свойства древесины отражают ее поведение при приложении различного типа нагрузок или каких-либо иных механических воздействиях. Они определяют возможность использования древесины в качестве конструкционного материала, а также влияют на технологические процессы ее переработки.

К механическим свойствам древесины относят:

–прочность – способность сопротивляться разрушению под воздействием механических нагрузок;

–деформативность – способность изменять свои размеры и форму при механических воздействиях.

Вследствие анизотропии древесины измерять механические свойства необходимо по трем основным направлениям.

Прочность древесины (влажность 12%) при сжатии вдоль волокон составляет 40–50 МПа и зависит от породы (сосна – 48,5, береза – 55,5, осина – 42,5). Прочность древесины при растяжении вдоль волокна для этих пород лежит в интервале 100–170 МПа. При растяжении поперек волокон прочность древесины значительно ниже и составляет 5–7 МПа.

К механическим свойствам древесины относят также ряд эксплуатационных и технологических свойств, связанных с прочностью и деформативностью древесины:

–ударная вязкость – способность древесины поглощать энергию при ударе без разрушения;

–твердость – способность сопротивляться вдавливанию тела из более твердого материала.

На механические свойства древесины влияют:

–плотность;

–содержание влаги в клеточных стенках;

–температура;

–воздействие химических веществ, излучения и др.;

–пороки древесины (сучки, трещины, крень, гниль и др.).

Отечественные породы по твердости поверхности поперечного разреза (торцовая твердость) при влажности 12% можно разделить на:

–мягкие (твердость ≤ 40 Н/мм2) – ель, пихта, сосна, тополь, осина;

–твердые (41–80 Н/мм2) – лиственница, береза, дуб, бук;

–очень твердые (более 80 Н/мм2) – акация, граб, дуб араксинский, береза же-

лезная.

Лиственные породы делят на две группы – мягколиственные и твердолиственные. Твердость древесины хвойных пород, за небольшими исключениями невелика. Повышенная твердость древесины ряда лиственных пород препятствует получению из них качественных волокнистых полуфабрикатов механическими и термомеханическимй методами.

2.3.4 Тепловые и электрические свойства

Физические свойства древесины включают теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, теплоту сгорания, электропроводность и др.

Удельная теплоемкость – количество теплоты, необходимое для нагрева древесины массой 1 кг на 1°С.

115

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Удельная теплоемкость древесины практически не зависит от плотности и древесной породы, и для абсолютно сухой древесины при 0°С составляет 1,55 кДж/(кг °С).

С ростом температуры это значение увеличивается почти линейно.

Удельная теплоемкость воды 4,19 кДж/(кг °С), поэтому влажная древесина имеет более высокую теплоемкость.

Теплопроводность древесины характеризуется коэффициентом теплопроводности – количество теплоты, проходящей в единицу времени через материал площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температуры на противоположных сторонах 1°С.

Для абсолютно сухой древесины различных пород он составляет 0,1–0,2 Вт/с °С. Теплопроводность вдоль волокна в 1,5–2,0 раза выше, чем в поперченном направлении. С ростом влажности теплопроводность древесины возрастает.

Коэффициент теплового расширения абсолютно сухой древесины положителен для всех структурных направлений – древесина расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.

Коэффициент линейного теплового расширения – относительное изменение размеров образца при нагревании на 1°С – вдоль волокон не превышает 5,5–106 на 1°С. Коэффициенты линейного расширения поперек волокон в 5–15 раз больше.

При использовании древесины в качестве топлива, важное значение имеет теплота сгорания (теплотворная способность). Для абсолютно сухой древесины она составляет 19,6–21,4 МДж/кг. Присутствие влаги сильно снижает это значение.

Абсолютно сухая древесина имеет низкую электропроводность и соответственно высокое электрическое сопротивление (1014–1016 Ом м). При увеличении влажности древесины электросопротивление уменьшается.

Электропроводность вдоль волокон выше, чем поперек волокон. Диэлектрическая проницаемость абсолютно сухой древесины колеблется от

2 до 5 при комнатной температуре. С увеличением влажности или при повышении температуры она возрастает. Вдоль волокон ее значение больше, чем в поперечном направлении. У более плотной древесины диэлектрическая проницаемость выше.

2.3.5 Влажность древесины и взаимодействие древесины с водой

Древесина представляет собой капиллярно-пористый материал (гетерокапиллярную систему), состоящий в основном из гидрофильных компонентов, и поэтому всегда содержит некоторое количество воды.

Содержание воды характеризуется влажностью древесины. Различают относительную влажность и абсолютную влажность.

Относительная влажность (влажность) – массовая доля воды, выраженная в процентах по отношению к массе влажной древесины.

Абсолютная влажность (влагосодержание) – массовая доля воды, выраженная в процентах по отношению к массе абсолютно сухой древесины.

Абсолютно сухой древесиной условно называют древесину, высушенную до постоянной массы при температуре (103±2)°С.

Влажность древесины определяют различными методами: высушиванием образцов до абсолютно сухого состояния; отгонкой воды в виде азеотропной смеси с

116

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

не смешивающимися с водой неполярными растворителями; химическими методами (реактив Фишера); электрическими методами.

Вода в дереве распределяется неравномерно: корни и ветви содержат больше воды, чем ствол; комель и вершина – больше средней части ствола; заболонная древесина хвойных пород – больше, чем ядровая древесина. В коре влажность луба значительно (в 7–10 раз и более) выше, чем у корки.

На практике по влагосодержанию различаются следующие виды древесины:

–свежесрубленная древесина с абсолютной влажностью 50–100% в зависимости от времени рубки (содержание воды значительно выше весной и меньше всего зимой), а также древесной породы и условий произрастания;

–воздушно-сухая древесина – древесина, высушенная на воздухе до равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха; абсолютная влажность такой древесины обычно составляет 15–20%;

–комнатно-сухая древесина – древесина, выдержанная в отапливаемом помещении и имеющая абсолютную влажность 8–12%;

–мокрая древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде, с абсолютной влажностью выше 100%.

При испытаниях древесины ее приводят к нормализованной влажности (в среднем 12%) кондиционированием при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 65±5%.

Влажность древесины и взаимодействие древесины и ее компонентов с водой имеют важное значение для механической и химической технологии древесины, например, для пропитки древесины растворами химических реагентов, антисептиков, антипиренов и т.д., при сплаве и хранении лесоматериалов. Вода играет роль при активации целлюлозы перед проведением химических реакций. Взаимодействие целлюлозы с водой в бумажной массе при размоле и последующее удаление воды при формовании бумажного листа обусловливают образование прочных межволоконных связей в бумаге.

В процессе взаимодействия древесины с водой определяющее значение имеет гетерокапиллярная структура древесины.

Древесная ткань представляет собой гетерокапиллярную систему, в которой существуют:

–капиллярные пространства первого порядка – макрокапилляры, изучаемые на микроскопическом уровне – межклетники, полости клеток и поры в стенках клеток;

–капиллярные пространства второго порядка – микрокапилляры, более мелкие, изучаемые на субмикроскопическом уровне – тонкие капилляры в клеточной стенке между ламеллами, фибриллами, микрофибриллами и внутри микрофибрилл.

В абсолютно сухих клеточных стенках субмикроскопические капилляры практически закрыты. Они открываются при набухании древесины в результате взаимодействия ее с водой или влажным воздухом. Это сопровождается значительным увеличением внутренней поверхности древесины.

Во влажной древесине различают две формы воды – связанную и свободную. Способность древесины поглощать пары воды из воздуха называют гигроскопичностью. При поглощении вода вначале заполняет капилляры второго порядка в

117

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

клеточной стенке и адсорбируется поверхностями капилляров первого порядка; она называется гигроскопической влагой. Эта влага является связанной.

При относительной влажности воздуха 100% клеточные стенки полностью насыщаются водой и достигают предела гигроскопичности. В этом состоянии в древесине содержится только связанная вода, а равновесная абсолютная влажность древесины составляет в среднем 25–30%. Древесину, содержащую только гигроскопическую влагу, называют влажной древесиной.

При контакте с водой влажной древесины (насыщенной гигроскопической влагой), происходит дополнительное поглощение воды. Эта избыточная вода наполняет капилляры первого порядка и рассматривается как свободная.

Способность древесины из-за пористой структуры впитывать воду в жидком состоянии называют водопоглощением. Древесину, содержащую кроме связанной воды свободную воду, называют сырой древесиной.

Насыщение сухой древесины гигроскопической влагой подчиняется общим закономерностям взаимодействия полимеров с парами низкомолекулярных жидкостей.

При поглощении гигроскопической влаги наблюдается набухание древесины с увеличением линейных размеров (до 6–13%) и объема. Характерная особенность древесины – анизотропия набухания в трех структурных направлениях: вдоль волокон степень набухания меньше, чем в поперечном направлении; в тангенциальном направлении больше, чем в радиальном.

Набухание сопровождается характерными для процесса набухания полимеров явлениями. При поглощении первых порций воды (примерно до 6%) наблюдается контракция вследствие сжатия поглощенной воды. Проникновение воды в капилляры второго порядка клеточной стенки приводит к увеличению плотности поглощенной воды и наряду с этим повышает плотность упаковки системы в целом.

На данной стадии поглощения воды выделяется теплота набухания – теплота гидратации, зависящая от плотности упаковки. Особенно сильное сжатие наблюдается для самых первых порций поглощенной воды (примерно 3%). Одновременно развивается давление набухания (в среднем 1–3 МПа). Чем выше плотность древесины, тем выше давление набухания.

При погружении в воду сухой древесины происходит поглощение и гигроскопической влаги и свободной воды.

Максимальное влагосодержание клеточных стенок, достигаемое при увлаж-

нении древесины в воде, называют пределом насыщения клеточных стенок. Для древесины пород умеренной климатической зоны абсолютная влажность при этом составляет в среднем 30%.

При обратном процессе – сушке древесины – сначала удаляется свободная вода, а затем уже гигроскопическая влага.

При этом происходят два процесса – испарение воды с поверхности древесины и перемещение воды изнутри к поверхности.

На стадии удаления гигроскопической влаги, особенно последних 6%, наблюдается обратное набуханию явление – усушка (усадка) древесины, заключающаяся в уменьшении линейных размеров и объема древесины.

Из-за анизотропии свойств древесины усадка в различных направлениях происходит неравномерно. В продольном направлении усадка в несколько десятков раз

118

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

меньше, чем поперечном, а в тангенциальном направлении – в 1,5–2 раза больше, чем в радиальном. Поздняя древесина в годичном кольце усыхает сильнее ранней. Слои более удаленные от сердцевины высушиваются быстрее. Все это может приводить к растрескиванию и короблению древесных материалов при неправильной сушке.

Полностью удалить всю воду высушиванием древесины при 100–105°С невозможно, поэтому абсолютно сухая древесина всегда содержит около 0,3–0,5% прочно связанной воды. Чтобы ее удалить требуется нагревание до температуры выше 150°С, однако повышение температуры при сушке приводит к химическим изменениям компонентов древесины (дегидратация, окисление кислородом воздуха, термическая деструкция и др.).

2.3.6 Сорбционные свойства древесины и ее компонентов

При исследовании механизма взаимодействия древесины с водой важное значение имеет изучение процесса сорбции паров воды из воздуха древесиной и ее компонентами. Наиболее изучена сорбция воды целлюлозой.

Под сорбцией в широком смысле понимают поглощение твердым веществом или жидкостью другого вещества из окружающей среды. Поглощающее вещество называют сорбентом, а поглощаемое – сорбатом.

Под адсорбцией понимают поглощение на поверхности раздела фаз, т.е поверхностным слоем сорбента, а под абсорбцией – поглощение всей массой сорбента, при этом происходит растворение поглощаемого низкомолекулярного вещества в полимере и полимер обычно набухает.

Процессы абсорбции у полимеров преобладают над процессами адсорбции. Однако у пористых полимеров оба процесса происходят одновременно и практически их невозможно разграничить. В порах полимерного сорбента возможна капиллярная конденсация, которая накладывается на процессы адсорбции и абсорбции.

При сорбции полярными полимерами полярных низкомолекулярных веществ сорбент взаимодействует с молекулами сорбата с образованием межмолекулярных связей, в том числе водородных. Вначале происходит интенсивное связывание молекул сорбата, затем после насыщения полярных групп сорбента наблюдается более медленное поглощение, а у пористых сорбентов вследствие капиллярной конденсации интенсивность поглощения сорбата затем снова

возрастает.

Сорбцию паров воды древесиной или ее компонентами следует рассматривать как поглощение пористым полярным полимерным сорбентом полярного сорбата – воды.

Изотермы сорбции паров воды древесиной имеют характерную S-образную форму и представлены на рисунке.

Рисунок – Изотермы сорбции паров воды древесиной: 1 – кривая увлажнения; 2 – кривая сушки

119

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

При поглощении гигроскопической влаги наблюдается характерный гистерезис – отставание обратного процесса десорбции от прямого процесса сорбции, то есть кривая сушки отстает от кривой увлажнения. Вследствие этого при данной относительной влажности воздуха равновесная влажность древесины будет ниже при достижении ее в процессе сорбции, чем при десорбции.

Всю изотерму сорбции древесиной паров воды из воздуха можно условно подразделить на четыре зоны.

На начальном крутом подъеме изотермы сорбции (I) при относительной влажности окружающего воздуха 10–20% поглощаются первые порции (3–4%) гигроскопической влаги и вода адсорбируется на внутренней поверхности древесины. В тонких капиллярах вода посредством Н-связей закрепляется между макромолекулами целлюлозы, либо образует на поверхности капилляров мономолекулярные слои, взаимодействуя с целлюлозой и гемицеллюлозами. При этом вода разрывает межмолекулярные и внутримолекулярные Н-связи в полисахаридах и образует с их гидроксильными группами новые водородные связи. При десорбции наблюдается обратный процесс.

В следующей зоне (II) изотерма сорбции идет полого с поглощением 6–7% воды при достижении относительной влажности воздуха примерно 60%. При этом образуются полимолекулярные (6–8 молекул) слои воды в более широких капиллярах. С увеличением числа слоев сорбционной воды ее связь с компонентами древесины постепенно ослабевает и процесс можно рассматривать как растворение воды в аморфных областях целлюлозы и в других полимерных компонентах.

При повышении относительной влажности воздуха с 60 до 90% подъем изотермы снова становится крутым (III), то есть поглощение воды увеличивается более резко ( до 15%). В этой зоне наблюдается сильное набухание, по-видимому, в результате перехода гемицеллюлоз и аморфной части целлюлозы, из стеклообразного состояния в высокоэластическое.

Дальнейший рост относительной влажности воздуха вызывает резкое увеличение поглощения воды вследствие капиллярной конденсации (IV).

Вкапиллярах древесины образуется жидкая вода за счет конденсации ее паров Это обусловлено капиллярным понижением упругости пара по сравнению с окружающим воздухом. Чем меньше диаметр капилляра, тем больше капиллярное понижение упругости паров воды. Вода, поглощенная в результате капиллярной конденсации, образует подвижный слой на поверхности капилляра и отличается от воды, поглощенной в результате полимолекулярной адсорбции на предыдущей стадии процесса.

Четких границ между зонами нет.

При приближении относительной влажности воздуха к 100% древесина достигает предела гигроскопичности (абсолютная влажность 25–30%).

Всоответствии с различием механизмов поглощения древесиной паров воды из воздуха всю гигроскопическую влагу подразделяют на два вида:

– сорбционную воду – связанную водородными связями;

– капиллярно-конденсированную, поглощаемую за счет капиллярных сил (поверхностного натяжения).

120

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)