Строение древесины

Древесина — продукт биологического (растительного) происхождения, представляющий сложный комплекс, как в анатомическом, так и химическом отношении и состоит из множества компонентов. Вещество древесины — это вещество оболочек клеток (клеточных стенок). Биологическое происхождение этого вещества обусловливает его сложный химический состав.

Древесина примерно на 99% состоит из органических веществ. Минеральные  вещества составляют обычно очень небольшую  часть до 1%. При сжигании древесины  и прокаливании остатка при высокой температуре (600...800°С) образуется зола. Количество золы характеризует содержание минеральных веществ в древесине, но точно не равно ему, поскольку при сжигании и прокаливании компоненты минеральных веществ частично превращаются в оксиды и карбонаты металлов. Элементный состав органической части древесинного вещества у различных древесных пород практически одинаков: 49...50% углерода, 43...44% кислорода, около 6% водорода и 0,1...0,3% азота по отношению к массе абсолютно сухой древесины.

Органические вещества в основном представляют собой высокомолекулярные соединения (полимеры) и лишь сравнительно малую долю составляют низкомолекулярные  соединения. Структурные компоненты древесины — это вещества, образующие клеточную стенку, они представлены исключительно высокомолекулярными соединениями.

Экстрактивные компоненты древесины — вещества, которые можно извлекать из древесины нейтральными полярными и неполярными растворителями (экстрагировать). Экстрактивные компоненты древесины не входят в состав клеточных стенок, а содержатся в полостях клеток или межклеточных каналах (смоляных ходах в древесине хвойных пород), но могут иногда пропитывать клеточную стенку. Несмотря на малую массовую долю в древесине (обычно до 3...4%), экстрактивные компоненты чрезвычайно разнообразны. По методу выделения их подразделяют на три группы: летучие, или эфирные масла (летучие с паром); вещества, растворимые в органических растворителях (смолы); вещества, растворимые в воде. Экстрактивные компоненты древесины, за исключением водорастворимых полисахаридов и полиуронидов, представляют собой низкомолекулярные соединения (НМС).

Структурные компоненты древесины подразделяют на углеводную и ароматическую части. Углеводная часть, представляющая комплекс полисахаридов, называется холоцеллюлозой. Массовая доля холоцеллюлозы составляет в древесине примерно 70...80%, причем ее содержание в древесине лиственных пород выше по сравнению с хвойными. В состав холоцеллюлозы входят основной компонент древесины — целлюлоза и нецеллюлозные полисахариды — гемицеллюлозы. Древесина хвойных пород содержит меньше гемицеллюлоз, чем древесина лиственных пород. Аналогичное химическое строение имеют вышеупомянутые водорастворимые полисахариды и полиурониды, но они выполняют другие функции и из-за растворимости в воде их относят не к гемицеллюлозам, а к экстрактивным веществам. Необходимо отметить, что условно относимые к водорастворимым экстрактивным веществам пектиновые вещества фактически выполняют структурную функцию.

Целлюлоза — это полисахарид, макромолекула которого построена из повторяющихся звеньев — остатков глюкопиранозы. Макромолекулы гемицеллюлоз построены из остатков различных моносахаридов, пентоз и гексоз, а также уроновых кислот. Большей частью все нецеллюлозные полисахариды — смешанные полисахариды. В анализе древесины их условно подразделяют на пентозаны, и гексозаны.

В древесине содержатся следующие  пентозаны: ксиланы (глюкуро-ноксилан в древесине лиственных пород  и арабиноглюкуроноксилан в древесине хвойных пород); арабинаны (однородный арабинан, входящий в комплекс пектиновых веществ). Из гексозанов найдены: маннаны (глюкоманнан в древесине лиственных пород, глюкоманнан и галактоглюкоманнан в древесине хвойных пород, различные фруктоманнаны); галактаны (однородный галактан в пектиновых веществах, арабиногалактан); глюканы в нецеллюлозных водорастворимых полисахаридах. Глюкуроновая кислота, кроме ксиланов, входит в состав камедей в виде полиглюкуроновой кислоты; галактуроновая кислота участвует в образовании макромолекул пектиновой кислоты, входящей в состав пектиновых веществ (комплекса, состоящего из трех компонентов — пектиновой кислоты, арабинана, галактана).

Ароматическая часть древесины — лигнин представляет собой смесь ароматических полимеровродственного строения фенольной природы, построенных из мономерных звеньев, называемых фенилпропановыми структурными единицами. Массовая доля лигнина в древесине составляет 20…30%, причем хвойные породы содержат больше лигнина, чем лиственные.