Сорбционные свойства древесины
При исследовании механизма взаимодействия древесины с водой важное значение имеет изучение сорбционных свойств древесины и ее компонентами. Наиболее изучена сорбция воды целлюлозой.
У полимерных сорбентов под адсорбцией понимают поглощение на поверхности раздела фаз, а под абсорбцией растворение поглощаемого низкомолекулярного вещества в полимере с образованием твердого раствора, причем при абсорбции полимер обычно набухает. Процессы абсорбции у полимеров преобладают над процессами адсорбции. Однако при сорбции у пористых полимеров оба процесса происходят одновременно и практически их невозможно разграничить. Кроме того, в порах полимерного сорбента возможна капиллярная конденсация, накладывающаяся 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. Изотермы сорбции при этом приобретают характерную S-образную форму. Вначале происходит интенсивное связывание молекул сорбата, затем после насыщения полярных функциональных 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. Древесина при этом не является инертным сорбентом, так как при взаимодействии ее с водой происходит изменение структуры и свойств.
При поглощении гигроскопической влаги наблюдается характерный гистерезис — отставание обратного процесса десорбции от прямого процесса сорбции, то есть кривая сушки отстает от кривой увлажнения. Вследствие гистерезиса при данной относительной влажности воздуха равновесная влажность древесины будет ниже при достижении ее в процессе сорбции, чем при десорбции. Явление гистерезиса, повидимому, обусловлено рядом причин, вследствие чего его трактовка неоднозначна. Изотермы сорбции паров воды компонентами древесины и образцами целлюлозы различного происхождения имеют аналогичную форму, различаясь только значениями предела гигроскопичности. С увеличением температуры сорбция воды и гистерезис уменьшаются.
Сорбционная способность древесины складывается из сорбционных свойств ее высокомолекулярных компонентов — целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина. По сорбционной способности по отношению к парам воды при 25°С древесину (ее сорбционная способность условно принята за единицу) и входящие в ее состав компоненты можно расположить в следующий ряд: гемицеллюлозы(1,56) > холоцеллюлоза (1,09) > древесина (1,0) > целлюлоза (0,94) > лигнин (0,6). Основные компоненты древесины дают примерно следующий вклад в общее количество сорбируемой воды, %: целлюлоза 47; гемицеллюлозы 37 и лигнин 16.
На сорбцию паров воды древесиной влияют химический состав древесины, ее надмолекулярная структура, а также ультраструктура клеточных стенок и анатомическое строение древесины. Выделенные из древесины компоненты по сорбционной способности могут значительно отличаться от компонентов в древесине в зависимости от метода выделения. Выделенная из древесины целлюлоза набухает в воде в большей степени, чем сама древесина.
Гидрофильность целлюлозы и других полисахаридов древесины обусловлена большим числом гидроксильных групп в макромолекулах. При этом сорбционная способность целлюлозы зависит от плотности упаковки и уменьшается с увеличением степени кристалличности. Если принять условно сорбцию воды хлопковой целлюлозой за единицу, то различные образцы целлюлозы можно расположить в порядке убывания сорбции в следующий ряд: регенерированная целлюлоза (1,86) > мерсеризованная хлопковая целлюлоза (1,46) > древесная целлюлоза (1,22) > хлопковая целлюлоза (1,00) > целлюлоза рами (0,89).
В процессах сорбции важнейшую роль играют аморфные области целлюлозы, в которых и происходят наибольшие изменения. Повышенная сорбционная способность гемицеллюлоз и других нецеллюлозных полисахаридов обусловлена их аморфным строением, благодаря чему практически все гидроксильные группы доступны молекулам воды. Кроме того, определенный вклад в гидрофильность вносят карбоксильные группы и концевые альдегидные группы, содержание которых вследствие меньшей длины цепей выше, чем у целлюлозы. Лигнин, в отличие от углеводов клеточной стенки, менее гидрофилен. У препаратов лигнина на сорбционную способность влияет метод выделения.
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:
Страницы: 1 2
Загрузка ...