ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 50
Скачиваний: 0
Целлобиоза — элемент целлюлозы, состоя щий из двух глюкозных радикалов. Полимер целлюлозы представляет собой длинную пря мую цепь составленную из элементов целлобиозы, вероятное число элементов в цепи которой достигает 70. Молекула имеет линей ное строение; длина молекулы целлюлозы на много превышает ширину, к каждому крупно му звену цепи присоединены гидроксильные группы.
Молекулы целлюлозы соединяются в круп ные пучки, называемые мицеллами. Если представить мицеллу в виде брусочков, со стоящих из 50—60 полимерных молекул, и предположить, что эти брусочки располага ются слоями, образуя структуру, подобную кирпичной кладке, и связаны вторичными си лами, то легко объяснить, почему древесина, состоящая главным образом из целлюлозы, больше разбухает в направлении поперек, чем вдоль волокон. Представим, что вода обвола кивает все брусочки, или мицеллы. На едини цу ширины (поперек волокон) пустот прихо дится значительно больше, чем на единицу длины (вдоль волокон), поэтому величина на бухания больше поперек волокон, чем вдоль.
19
Некоторые авторы считают вышеизложенную схему, согласно которой мицеллы целлюлозы расположены, как кирпичики в стене, доволь но упрощенной и утверждают, что цепи цел люлозы простираются от одной мицеллы к другой и что в действительности мицелла является участком в сетевидной структуре, в которой молекулярные цепи располагаются параллельно и в которой имеются просветы, расположенные на неодинаковых расстояниях один от другого; параллельные цепи молекул местами связаны одна с другой и образуют пучки. Поскольку размер мицеллы составляет всего лишь 6- ІО"6 мм в поперечнике, обнару жить мицеллярную структуру трудно даже при очень сильном увеличении. Мицеллы объ единяются в микрофибриллы размером ІО"4 мм в поперечнике. Микрофибриллы груп пируются в фибриллы, которые, располага ясь слоями, образуют стенки отдельных дре весных волокон, имеющих вид пустотелых трубок, плотно соприкасающихся одна с дру гой.
Наружный периметр этих трубок часто имеет форму шестиугольника. Наиболее час то технологу приходится иметь дело с очень распространенным видом целлюлозы — древе
синой, состоящей из клеток, |
стенки ко |
торых пропитаны смолистым |
веществом — |
лигнином. Лигнин можно удалить из древе сины путем растворения. Остаток древесины представляет собой сплошную целлюлозную структуру.
Рассмотрим разные породы древесины, со стоящие из одного и того же основного веще
20
ства, но с разной пористостью, не вдаваясь в ботаническое строение ее. Считают, что удельный вес древесины изменяется незначи
тельно и примерно |
равен 1,56: |
||
7 = |
1,56- V, |
||
где 7 — объемный вес |
образца; |
||
V — суммарный объем образца, равный |
|||
1,56 — удельный вес |
древесины. |
||
Объем, занимаемый воздухом, тогда будет |
|||
равен |
|
|
-о ,б 4-(. |
В отличие ~ -щ г= |
1 |
||
1 |
|
|
от удельного веса объемный вес древесины различен у разных пород. Сущест вует линейная зависимость между объемным весом древесины и пределом прочности і:
скалывании, который растет с увеличением объемного веса. Наиболее отрицательное свойство, которым обладает древесина,— это способность ее разбухать или усыхать в за висимости от содержания в ней воды.
Причина этих изменений — проникновение воды между мицеллами, но отнюдь не запол нение ею полостей клеток. Разбухание проис ходит за счет с в я з а н н о й воды, т. е. той воды, которая адсорбирована на поверхности мицелл. Разумеется, древесина долго проле жавшая в воде, содержит в полостях клеток также с в о б о д н у ю воду, но наличие ее не является причиной разбухания или усушки
21
древесины. В табл. 2 и 3 приводятся данные водопоглощения и разбухания березового шпо на в процентах через одни и двадцать суток.
Таблица 2
Водопоглощение березового шпона
± |
оГ |
|
Водопоглощ ение в |
% при |
толщ ине, |
м м |
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
л ж |
|
|
|
|
|
|
родолП |
тельное наблюд сутки |
0,6 |
1,15 |
1,5 |
2,2 |
2,8 |
3,5 |
|
|
1 |
99 |
85 |
82 |
77 |
65 |
6 6 |
20 |
115 |
128 |
121 |
120 |
127 |
124 |
4,7
65
130
При поглощении воды конечное увеличение объема древесины пропорционально объемно му весу сухой древесины. В разбухшей дре
весине |
соотношение |
между |
объемом |
пор |
||||
и полным объемом |
древесины |
меньше, |
чем |
|||||
в сухой |
древесине. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
Разбухание |
березового |
шпона |
|
|
|||
П родолж и |
Р азб у х ан и е березового |
ш пона, % |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
те л ьн о сть |
|
|
|
|
|
|
|
|
н аблю де |
по толщ ине |
по ш ирине |
|
|
|
|
|
|
ния, сутки |
|
|
|
|
|
|||
|
ради альн ое |
тан ген ц и |
|
по длине |
обьем н ое |
|||
|
|
|
альное |
|
|
|
|
|
1 |
6,5-8,0 |
8,8-10,4 |
0,28—0,54 |
15,2-18,8 |
||||
20 |
6,2 -8,9 |
9,1-11,2 |
0,28-0,58 |
16,2 - 1 6 ‘9 |
22
При увеличении пористости степень увели чения объема древесины уменьшается. Таким образом, мы имеем еще одно подтверждение того, что разбухание обусловлено межмицел лярным процессом, а не внутриклеточным.
Увеличение количества древесинного ве щества в единице объема древесины дает большее число межмицеллярных зазоров. По этому прессованная древесина подвержена большему изменению размеров, чем легкая. Поскольку группы ОН обладают сильной по лярностью, молекулы целлюлозы имеют боль шое сродство с молекулами воды (НОН). Ми целлы стремятся отделиться одна от другой и перейти в раствор, однако они не в состоя нии полностью преодолеть собственные меж мицеллярные связи. Если использовать раство ры некоторых солей для того, чтобы отделить мицеллы, то можно нарушить межмицел лярные связи и перевести целлюлозу в раст вор. При выпадении целлюлозы в осадок одни мицеллы соединяются с другими, образуя так называемую в и с к о з у — р е г е н е р и р о в а н ную ц е л л юл о з у . При погружении в раз ные жидкости максимальное набухание дре весины изменяется прямо пропорционально корню квадратному из величины диэлектриче ской проницаемости этих жидкостей.
Если исходить из предположения, что ми целлы связаны между собой электрическими силами, можно наблюдать следующие законо мерности в процессе разбухания целлюлозы. В присутствии диэлектрика электрическое поле ослабляется, поэтому разделение мицелл должно усилиться. Известно, что диэлектри
23
ческая проницаемость у воды наибольшая, по этому вода является очень сильным агентом разбухания. В то же время, например, каучук (неполярное вещество) особенно сильно раз бухает в таких жидкостях, в которых древе сина, наоборот, разбухает очень слабо.
В результате изменения влажности проис ходят значительные изменения размеров дре весины, поэтому древесину, предназначенную к механической обработке, рекомендуют су шить до содержания влаги, соответствующего относительной влажности воздуха, при кото рой она будет эксплуатироваться.
Решающим фактором в изменении влаж ности древесины, когда она приходит в рав новесие с относительной влажностью окру жающего воздуха, является (следует еще раз подчеркнуть) не абсолютная, а относительная влажность воздуха.
При склеивании листов шпона необходимо стремиться, чтобы волокна в смежных слоях пересекались под некоторым углом. Этим можно добиться уменьшения деформации ли стов в направлении поперек волокон и одно временно увеличить их в направлении вдоль волокон.
Влияние основных параметров склеивания на адгезионную прочность
Рассмотрим основные параметры (давле ние, температуру, содержание влаги, толщину клеевой прослойки и пористость склеиваемых материалов), которые оказывают существен
24
ное влияние на адгезию в клеевом соедине нии. Устанавливая причину брака при склеи вании, необходимо уяснять взаимное влияние разных факторов на качество склеивания, т. е. рассматривать действие всех этих факторов во взаимной связи.
Содержание влаги в склеиваемых мате риалах. Влажность в зависимости от породы древесины при склеивании влияет на свойст ва клеевого соединения неодинаково.
Считается нормальным содержание влаги в пределах 6—10% при склеивании древес ных материалов фенолформальдегидными
смоляными клеями и 8—15% при склеивании мочевино-формальдегидными клеями. Моче
вино-формальдегидные смолы непригодны для склеивания древесины с очень низкой влажностью, в то время как фенолформаль дегидными клеями рекомендуется склеивать древесные материалы с низкой влажностью. Естественно поэтому, что применение мочевн- но-формальдегидных клеев в этом отношении более выгодно, так как уменьшает затраты на сушку.
Допускаемая влажность древесных мате
риалов зависит не только |
от рода |
клея, но |
и от породы склеиваемой |
древесины |
(напри |
мер, березовые материалы можно склеивать при более широких колебаниях влажности, чем кленовые). Важно, чтобы к моменту склеивания у соединяемых листов была оди наковая влажность. Поскольку древесные ма териалы поглощают или отдают влагу до установления равновесного состояния с влаж ностью окружающей среды, разная влажность
25
материалов может привести к тому, что по глощение влаги одного из них не компенсирует потери ее другой до наступления равновесия с состоянием окружающего воздуха. В ре зультате этого в клеевом соединении возни кают внутренние напряжения, которые оста ются в конструкции и могут сказаться после длительного периода.
Склеивание влажных древесных материа лов в большинстве случаев дает неудовлетво рительные результаты, так как при этом труд но поддаются регулированию другие факторы (вязкость клея, давление, температура), кото рые с увеличением влажности материалов приобретают большое значение. Если древес ные материалы более влажные, вязкость на носимого клеевого раствора за счет этой вла ги уменьшается, а следовательно, клей легче проникает в склеиваемый материал и возмож но «голодное» соединение, поэтому рекомен дуется при склеивании поверхностей с боль шей влажностью применять и более вязкие клеевые смеси. Одним из характерных при знаков разбавления клея влагой, содержа щейся в древесине, является помутнение клее вой прослойки. Этот факт очень нежелателен, может привести к расслоению клея с высаждением смолы из раствора и, таким образом, к понижению прочности клеевого соединения, так как отверждение клея будет происходить в условиях, препятствующих образованию по перечных связей между молекулами. В слу чае необходимости склеивания материалов с повышенной влажностью можно рекомендо вать ввод активных отвердителей в клей, а в
26