Химия современных древесных материалов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное 

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

Д. В. Тунцев, Р. Г. Сафин, А. М. Касимов

ХИМИЯ СОВРЕМЕННЫХ ДРЕВЕСНЫХ 

МАТЕРИАЛОВ

Учебно-методическое пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2018

УДК 674.002.3(07)
ББК 37.01я7

Т84

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

директор ООО «Биоэнерджи», канд. техн. наук, доц. А. Р. Садртдинов

директор ООО «НТЦ Гринтекс», канд. техн. наук, доц. Д. Б. Просвирников

Т84

Тунцев Д. В.
Химия современных древесных материалов : учебно-методическое 
пособие / Д. В. Тунцев, Р. Г. Сафин, А. М. Касимов; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2018. – 124 с.

ISBN 978-5-7882-2518-0

Рассмотрены основные вопросы теории химического и физико-

химического анализа древесины и технических целлюлоз. Изложены 
основные направления химической переработки древесных материалов, а 
также представлены характеристики, свойства и направления применения
получаемых товарных продуктов.

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 

подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревообраба-
тывающих производств».

УДК 674.002.3(07)
ББК 37.01я7

ISBN 978-5-7882-2518-0
© Тунцев Д. В., Сафин Р. Г., 

Касимов А. М., 2018

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2018

ВВЕДЕНИЕ

Химия древесины – наука, изучающая структуру, состав и 

свойства древесной ткани, строение и взаимодействие компонентов, 
входящих в древесный комплекс, и превращения, происходящие с 
этими компонентами при химической и химико-механической 
переработке 
древесного 
сырья. 
Неотъемлемой 
частью 
химии 

древесины является анализ древесины, включающий определение 
химического состава древесины, выделение ее основных компонентов, 
их очистку и характеристику. Химический
анализ древесины 

представляет собой
важную
область исследований в связи с 

проблемой использования биомассы дерева в целом.

Древесина 
представляет 
собой 
уникальный 
постоянно 

возобновляемый источник химического сырья, значение которого в 
комплексной 
химической 
переработке 
непрерывно 
возрастает. 

Поведение 
древесины 
в 
процессах 
химической 
и 
химико-

механической переработки
(при варке и отбелке целлюлозы, 

гидролизе древесины, изготовлении древесных композиционных 
материалов, выделении и разделении экстрактивных веществ и др.) 
определяется не только ее химическим составом и свойствами ее 
отдельных компонентов, но и ее анатомическим строением. Отсюда
возникает 
необходимость 
микроскопического 
исследования 

древесины и целлюлозных волокон.

Разные отрасли производства предъявляют к сырью свои 

специфические требования. Так, например, при оценке сырья для 
производства технической целлюлозы и бумаги важно знать 
содержание целлюлозы, позволяющее предсказать возможный выход 
продукции, и
содержание лигнина –
для определения режима 

делигнификации. 
Определение 
выхода 
редуцирующих 
веществ 

(сахаров) позволяет оценить древесину как сырье для гидролизных 
производств. При этом определение содержания пентозанов и 
гексозанов укажет на соотношение сбраживаемых и несбраживаемых 
сахаров, а также на возможный выход фурфурола. Установление 
содержания отдельных групп экстрактивных веществ (таннинов, смол, 
летучих 
эфирных 
масел 
и 
др.) 
имеет 
важное 
значение 
в 

лесохимических производствах.

Наиболее 
важной 
отраслью 
химической 
и 
химико-

механической 
переработки 
древесины
является 
производство 

технической целлюлозы и других волокнистых
полуфабрикатов. 

Волокнистые полуфабрикаты целлюлозно-бумажного производства 
применяют для выработки бумаги и картона, а целлюлозу для
химической переработки используют в производстве искусственных 
волокон, пленок и др.

В 
данном 
учебно-методическом 
пособии 
конкретным 

методикам анализа предшествует краткое изложение теоретических 
вопросов, что помогает студентам не только научиться выделять 
индивидуальные компоненты древесины,
но и понимать суть 

химических 
превращений, 
происходящих 
в 
ходе 
выполнения 

лабораторной работы.

Глава 1. СТРОЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ 

ДРЕВЕСИНЫ

Как 
правило, 
изучают 
как 
макроскопическое, 
так 
и 

микроскопическое 
строение 
древесины.
В 
первом 
случае

рассматривают части ствола дерева, видимые невооруженным глазом, 
во втором – изучают анатомические элементы древесины (клетки), 
видимые только под микроскопом [5, 8]. Строение ствола дерева 
изучают на трех разрезах: поперечном – секущем дерево поперек 
ствола, продольно-радиальном – секущем дерево по радиусу или 
диаметру, продольно-тангенциальном – секущем дерево по хорде
(рис. 1.1) [8].

Рис. 1.1. Три разреза ствола

1.1. Макроскопическое строение древесины

Невооруженным глазом на поперечном срезе ствола дерева 

различают следующие части: сердцевину, собственно древесину 
(ксилему), камбий и кору (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Поперечный разрез ствола:

1 – сердцевина; 2 – ядро; 3 – заболонь; 4 – луб (флоэма);

5 – корка; 6 – камбий; 7 – сердцевинные лучи

Сердцевина – центральная часть ствола, появляющаяся при 

росте дерева из семени в первый год и называемая первичной 
древесиной (рыхлая первичная ткань диаметром в несколько 
миллиметров).
Сердцевина обеспечивает рост дерева в высоту. 

Древесина выполняет проводящие (восходящий ток), опорные и 
запасающие функции и образуется в результате деления клеток 
камбия [8].

Ксилема – вторичная древесина (вторичная древесная ткань), 

которая образуется в результате деления живых клеток камбия, 
благодаря чему обеспечивается прирост ствола в толщину. Рост дерева 
в толщину происходит неравномерно, возобновляясь весной и 
прекращаясь осенью, образуя годичные слои (годичные кольца). 
В каждом годичном кольце наблюдаются две части –
ранней 

(весенней) и поздней (осенней) древесины.

Кора – наружная часть ствола дерева, состоящая из двух 

частей: внутренней части – луба (флоэма) и наружней части – корки 
(пробка).

Луб (флоэма) образуется, как и ксилема, за счет деления клеток 

камбия. По строению представляет
собой ситовидные трубки. 

Функционируют 
один 
вегетационный 
период. 
Луб 
выполняет 

проводящую функцию (нисходящий ток), т.е. проводит продукты 
реакции фотосинтеза, протекающей в кроне, к ксилеме и корням, 
затем клетки луба отмирают и переходят в кору [5, 8].

Корка (пробка) выполняет защитную функцию от перепада 

температур и механических повреждений [8].

Строение и свойства образующейся древесины меняются с 

возрастом, поэтому различают ювенильную и зрелую древесину. 
С возрастом могут происходить и другие изменения в стволе дерева. 
У некоторых древесных пород центральная часть ствола темнеет и 
теряет проводящие функции. Этот процесс называют образованием 
ядра, а соответствующие древесные породы – ядровыми (сосна, 
лиственница, 
дуб 
и 
др.) 
Периферическая 
часть 
древесины, 

сохраняющая проводящие функции, называется заболонью [2].

1.2. Микроскопическое строение древесины

Микроскопическое исследование древесины показывает, что 

она состоит из плотно соединенных между собой разных по форме и
размерам клеток. Клетки, выполняющие одинаковые функции, 
образуют ткани (проводящие, опорные, запасающие). Клетки разных 
тканей отличаются по строению и составу, поэтому после образования 
новой 
клетки 
в 
результате 
деления 
камбия
происходит 
ее 

дифференциация. Дифференциация включает следующие стадии: 
увеличение
размеров
клетки, утолщение клеточной стенки и 

лигнификацию. По выполняемой физиологической роли различают 
следующие основные ткани [3]:

–
проводящие –
по ним идет передвижение водных 

минеральных веществ из почвы и органических веществ из листьев и 
хвои в ствол;

–
механические 
–
придают 
механическую 
прочность, 

воспринимают нагрузки сжатия, растяжения, изгиба;

–
покровные 
–
покрывают 
наружные 
поверхности 
и 

предохраняют другие ткани от неблагоприятных внешних влияний 
(испарение влаги,
действие высоких или низких температур). 

Примером покровной ткани является кожица, находящаяся на 
поверхности листьев, или корка на поверхности ствола деревьев;

– запасные – состоят из живых паренхимных клеток, в которых 

идут процессы обмена и которые служат для отложения запасных 
веществ (жиров, углеводов, белков и др.);

– ассимиляционные – участвуют в усвоении питательных 

веществ, например
углекислого газа из воздуха или растворов 

минеральных веществ из почвы;

–
образовательные –
образуют
другие ткани,
примером 

образовательной ткани является камбий [3].

Различают два основных типа клеток: паренхимные и 

прозенхимные. Паренхимные, в основном живые клетки примерно 
одинакового размера по всем направлениям (от 0,01 до 0,1 мм), в 
большинстве случаев имеют тонкие клеточные стенки и большую 
внутреннюю полость. Паренхимные клетки находятся в сердцевинных 
лучах, сердцевине, смоляных ходах [1, 8].

Прозенхимные
–
мертвые 
клетки, 
сильно 
вытянутые, 

напоминающие по форме волокно, имеют в той или иной мере 
утолщенные стенки и внутреннюю полость (диаметр 0,01 – 0,05 мм, 
длина 0,5 – 4,5 мм, иногда до 8 мм). Из прозенхимных клеток состоят 
годичные слои собственно древесины (ксилемы) [8].

Совокупность клеток одинакового строения, выполняющих 

одни и те же функции, называется тканями. Ткань, образуемая 
паренхимными клетками, называется паренхимой, а прозенхимными –
прозенхимой. По выполняемым функциям ткани следует разделить на 
три 
основных 
типа: 
механические 
(опорные), 
проводящие 
и 

запасающие [1].

Для 
микроскопического 
изучения 
строения 
древесины 

пользуются тремя срезами в трех взаимно перпендикулярных 
плоскостях:
поперечным
и двумя
продольными –
радиальным

(в плоскости радиуса, под прямым углом к границам годичных слоев) 
и тангенциальным, параллельным касательной окружности дерева. 
Так как в микроскопическом строении древесины хвойных и 
лиственных пород имеются различия, изучать их срезы следует 
раздельно.

1.2.1. Исследование срезов древесины хвойных пород

Древесина хвойных пород имеет сравнительно простое 

строение. Основным анатомическим элементом древесины всех 

хвойных пород являются трахеиды, которые занимают свыше 90 % от 
общего объема [8]. Трахеиды – прозенхимные клетки, имеющие форму 
сильно вытянутых в длину лентовидных волокон с утолщенными 
одревесневшими стенками и косо срезанными концами. Длина трахеид 
обычно составляет 1,5 – 5 мм при ширине 0,02 – 0,04 мм. Различают 
трахеиды весеннего (ранние) и осеннего (поздние) периодов
образования. Ранние трахеиды имеют широкие полости и тонкие 
стенки с многочисленными порами, выполняют проводящую функцию
[8]. Поздние трахеиды имеют узкие полости и толстые стенки. Они 
длиннее 
ранних, 
имеют 
меньшее 
число 
пор 
и 
выполняют 

механическую функцию. 

Вторым анатомическим элементом древесины хвойных пород 

являются сердцевинные лучи, которые образованы паренхимными 
клетками. Сердцевинные лучи служат для распределения органических 
веществ по стволу для хранения запасных питательных веществ и, 
следовательно, выполняют запасающую функцию. В древесине 
хвойных пород (сосна, ель, лиственница) имеются смоляные ходы –
вертикальные и горизонтальные, представляющие собой заполненные 
смолой 
межклеточные 
каналы, 
выстланные 
по 
периферии 

паренхимными клетками [8].

Далее рассмотрим срезы древесины сосны, ели и лиственницы 

(в качестве примера приведены срезы сосны – рис. 1.3).

Поперечный срез. На поперечном срезе (рис. 1.3 а) хорошо 

видны тонкостенные (ранние) и толстостенные (поздние) трахеиды. 
Они расположены правильными рядами и имеют форму, близкую к 
прямоугольнику. Четко обозначена граница годичного слоя – граница 
между 
поздними 
трахеидами 
предыдущего 
года 
и 
ранними 

трахеидами следующего года. Сердцевинные лучи у хвойных пород 
узкие, как правило, однорядные, пересекают годичные слои по 
радиусу. Среди трахеид наблюдаются вертикальные смоляные ходы в 
виде округлых каналов, окруженных живыми клетками эпителия [8].

Радиальный срез. На радиальном срезе (рис. 1.3 б) хорошо 

заметны годичные слои, включающие ранние трахеиды с широкими 
полостями и поздние трахеиды с узкими полостями. На радиальных 
стенках ранних трахеид находятся окаймленные поры,
которые 

облегчают водообмен между соседними элементами. Поры – это 
неутолщенные 
участки 
клеточной 
стенки. 
Пора 
не 
является 

свободным отверстием, так как в ней имеется тонкая мембрана, 

образованная первичной стенкой и межклеточным веществом. Поре в 
оболочке одной клетки соответствует пора соседней клетки, т.е.

а                                                              б 

в

Рис. 1.3. Микроскопическое строение древесины сосны: 

а – поперечный срез; б – радиальный срез; б – тангенциальный 

срез; 1 – ранние трахеиды; 2 – поздние трахеиды; 3 – сердцевинные 
лучи; 4 –
вертикальный смоляной ход; 5 –
годичный слой; 

6 – окаймленные поры; 7 – оконцевые поры; 8 – горизонтальный 
смоляной ход