Дерево

Дерево в техническом отношении является одним из основных материалов, как в промышленности, так и в обыденной жизни; применения его для тех или других целей непрерывно возрастают, а сообразно с этим и стоимость древесины тоже повышается. О применении дерева и переработке древесной массы см. приложение.

Применение дерева и его переработка. 

Различают два главных сорта деревьев: хвойные, каковы, например, ель, сосна, лиственница, кедр и др., и лиственные, например, дуб, клен, береза, бук, осина и др. Хотя строение как хвойных, так и лиственных деревьев почти одинаково, но, тем не менее, отдельные клетки древесины лиственных деревьев короче клеток хвойных деревьев, и длина их обычно не превышает 0,5—1 мм. В главной массе всякая древесина состоит из целлюлозы или клетчатки и лигнина, вещества, по элементарному составу близкого к клетчатке, но отличного от нее по свойствам, а также сравнительно незначительного количества инкрустирующих, входящих в состав растительного сока, межклеточных, органических и минеральных веществ. Из органических веществ обычными составными частями древесины являются: сахар, декстрин органические кислоты, смолистые вещества, воски, дубильные, белковые и красящие вещества, а из минеральных, главным образом, соли натрия, калия и навести, фосфорной и кремневой кислот. В совершенно сухой древесине клетчатки и лигнина содержится 93—95%, золы и инкрустирующих веществ 5—7%. Содержание азота обыкновенно колеблется в пределах от 0,5 до 1,5%, а золы в пределах от 1 до 3%. Вместе с тем содержание воды в древесине различных пород деревьев на корню и в различные периоды года колеблется в очень широких пределах (доходит до 60%); содержание воды в срубленной древесине в воздушно-сухом состоянии, пролежавшей год на воздухе, обычно не превышает 18—20%.

Древесина  находит обширное применение как строительный материал (пильный лес: балки, брусья, доски и т. п.), в механической промышленности (машинный лес), для производства мебели (мелкоподелочный лес), для производства шпал (на одну версту 1400 штук), для постройки судов и пароходов, для производства деревянной посуды, спичек, сапожных гвоздей, как бочарный материал для выделки бочек, для выделки колес и экипажей, для выделки драниц, гонта и других сортов древесного кровельного материала. Не меньшее значение имеет дерево и в химической промышленности; из него выделывается: пищевая уксусная кислота, древесный спирт, смола, древесный уголь, светильный газ, механическая и химическая писчебумажная древесная масса, искусственный шелк, целлулоид, канифоль и скипидар, а из некоторых сортов древесины также краски, эфирные масла, воскообразные вещества и даже сахар.

Ввиду все возрастающей стоимости деревьев, одной из весьма важных задач является консервирование дерева или предохранение его от порчи, которая чаще всего обусловливается бактериальной жизнедеятельностью, протекающей за счет инкрустирующих веществ. Одним из наиболее сильных вредителей древесины является также домовый грибок, которой быстро обусловливает совершенное разрушение древесины; такое дерево легко измельчается в труху при растирании между пальцами, и даже большие деревянные сооружения нередко пропадают в несколько лет. Так как в деревьях наиболее разлагающимся элементом являются именно межклеточные вещества, входящие в состав растительного сока, то уже простое выщелачивание дерева в воде придает ему значительно большую прочность. Известно, что дерево сохраняется под водой сотни и даже тысячи лет без всякого видимого изменения. Аналогичное действие оказывает запаривание при 100° дерева текучим паром в течение 70—80 часов, а также поверхностное обугливание дерева. В большом употреблении консервирование при помощи пропитывания дерева под давлением различными химическими веществами: сулемой или хлорной ртутью, медным или железным купоросом, хлористым цинком, сернокислым аммиаком и различного рода каменноугольными и нефтяными маслами, каковы, например, карболинеум, раствор нафтеново-медной соли и т. п. В целях консервирования рекомендуется также минерализация деревьев или последовательное пропитывание деревьев двумя такими растворами под давлением, которые образовали бы в порах его нерастворимую соль (например, хлористый кальций или хлористый барий и глауберова соль или силикат); как консервирующее вещество рекомендуется также раствор сахара. Специально против домового грибка указываются цинковые соли и карболинеум, а как предохранительная мера — тщательное проветривание. С целью сделать дерево несгораемым, его пропитывают в вакуумах растворами серно- и борнокислого аммиака при 50°С, а также 12% раствором силиката.

Для очень многих поделок физические свойства дерева, большая или меньшая крепость его, твердость, прочность, упругость, удельный вес, цвет, раскалываемость и резонанс имеют очень большое практическое значение. Резонанс, например, (способность деревьев вибрировать под влиянием звука), имеет существенное значение при производстве музыкальных инструментов, и для этой цели древесина хвойных деревьев представляет значительные преимущества, так как обладает значительно большим резонансом но сравнению с древесиной лиственных деревьев.

Хотя в России дрова все еще употребляются в огромных количествах как топливо, но этого уже нельзя сказать об очень многих европейских государствах, так как там нередко стоимость единицы веса древесины настолько высока, что уже приближается к стоимости единицы веса зерновых хлебов. Теплотворная способность различных древесных пород (годовалых дров с средним содержанием воды в 20%) мало отличается одна от другой и в среднем равна 3100 калориям, но тем не менее все же хвойные деревья (сосна, ель) и некоторые мягкие породы лиственных деревьев (береза, ольха) обладают несколько большей теплотворной способностью и горят с большим пламенем.

Переугливанием дров в  кострах, печах или ретортах получается древесный уголь, обладающий уже значительно большей теплотворной способностью (7 000 калорий) и до сих пор употребляющийся в больших количествах в России и Швеции при выплавке чугуна из железных руд. Ввиду того, что в древесном угле почти не содержится элементов, ухудшающих качество чугуна (серы и фосфора), выплавляемый на древесном угле чугун расценивается дороже и является очень пригодным материалом для выделки высокосортной стали. При сухой перегонке деревьев в ретортах, причем температуру держат не выше 430°С, наряду с древесным углем, остающимся в реторте, выделяются смола, подсмольная вода и горючий газ. Последний, в количестве около 20% по весу, пока еще редко утилизируется; на заводах всего чаще его сжигают под ретортами, что нередко вместо пользы приносит вред, так как при этом бывает очень трудно поддерживать температуру топок в необходимых и достаточных пределах. Несомненно, однако, что он с гораздо большей пользой мог бы быть использован, подобно газу, получающемуся при коксовании угля, по превращении его в силовой газ, причем каждая кубическая сажень перегоняемой древесины может дать, сжигая газ в машине, не менее 25 сил. Смола находит себе применение при оснастке судов, для просмаливании канатов, для приготовления вара, скипидара и т. п., и хотя смолокурение как самостоятельная отрасль производства теперь практикуется в гораздо меньших размерах, чем прежде, все же смоляные склады в Архангельске, Улеаборге и других северных городах настолько значительны, что перед каждой навигацией вмещают в себе многие сотни тысяч бочек смолы. Для получения смолы употребляются хвойные породы, богатые смолой, по преимуществу сосна и ель (сердцевинное смолье, смолье подсочка, плевый осмол и т. п.).

Наибольшее значение сухая перегонка деревьев получила, однако, в целях переработки получающейся при перегонке подсмольной воды на уксусную кислоту, как пищевую, т. н. уксусную эссенцию, так и техническую (в огромных количествах употребляющуюся на ситцепечатных и красильных фабриках), на древесный или метиловый спирт, а также и на ацетон. В целях получения уксусной кислоты и древесного спирта перегонке подвергаются преимущественно лиственные породы: береза, дуб, бук и др. По опытам Класона, уксусная кислота при перегонке образуется из клетчатки, но древесный спирт преимущественно из межклеточных инкрустирующих веществ; поэтому дрова, сплавленные водой, для сухой перегонки менее пригодны. Из уксуснокислых солей наибольшее техническое значение имеют: хрусталь или уксуснонатриевая соль, древесный порошок или уксуснокальциевая соль (которая в больших количествах ввозится в Европу из Америки), сахар-сатур или уксусносвинцовая соль, ярь-медянка или уксусномедная соль и некоторые другие соли. Древесный спирт очень вредно действует на организм, поэтому, как растворитель в лаковом производстве, он теперь употребляется в меньших, чем прежде, количествах, но его много расходуется для производства искусственных органических красок и весьма распространенного в общежитии, в медицине и промышленности дезинфекционного и способного к многочисленным реакциям формальдегида. Ацетон, приготовляемый перегонкой уксуснокальциевой соли, употребляется при производстве бездымного пороха.

Опилки, скопляющиеся в больших количествах па лесопильных заводах, используются как топливо (часто после предварительной  отгонки сухим паром содержащегося в них скипидара), для приготовления искусственного дерева (ксилолит) смешением их в  известной пропорции с раствором хлористого магния и последующим прессованием, а в последнее время (в Канаде) также и для получения винного спирта, после предварительного их осахаривания  действием серной кислоты и последующего сбраживания.

Наибольшее значение в химической промышленности имеет дерево, как исходный материал для приготовления бумажной древесной массы. Последняя готовится двумя различными приемами: чисто механическим путем, простым истиранием деревьев, или химическим, отваркой деревьев с химическими реагентами (едким натром или сернистокислыми солями) под давлением. Материалом для механической древесной массы являются по преимуществу: осина, береза и реже ель. Производство этой массы сводится к подготовке деревьев, истиранию, сортировке, обезвоживанию и иногда белению. Подготовка древесных обрубков, предназначенных для производства механической массы, заключается в удалении коры и сучьев. Истирание производится на машинах, дефибрерах, главную работающую часть которых представляет вращающийся со скоростью 150—200 оборотов в одну минуту круглый камень, часто очень значительных размеров, к которому под большим давлением прижимается боковой поверхностью истираемое дерево. Камень вращается в водяном резервуаре, и на истирающую поверхность непрерывно льется вода. Большие машины расходуют до 500 сил и дают в 24 часа 10000 кг воздушно-сухой механической древесной массы; при меньших размерах машин расход силы больше, и на каждые 300 кг воздушно сухой древесной массы в 24 часа считается необходимым 7—8 сил. Ввиду того, что истирание идет не однородно, является весьма важной последующая сортировка измельченной массы, что делается на машинах с качающимися ситами. Таким путем получается механическая бумажная масса более или менее белого цвета, содержащая, конечно, почти все инкрустирующие вещества, бывшие в деревьях; если деревья предварительно пропарить в котлах под давлением в 5 атмосфер, то значительное количество этих инкрустирующих веществ при этом удаляется, и масса получается в химическом смысле более чистой, но вместе с тем она получается и более темной.

Химическая древесная масса или целлюлоза представляет более совершенный продукт, состоящий почти исключительно из клетчатки. Существует три способа приготовления химической древесной массы: при помощи едкого натра, при помощи сернисто-кислых солей (сульфит-целлюлоза) и электрический способ при помощи поваренной соли. При работе по первому способу разрезанное дерево варится несколько часов под давлением 6—8 атмосфер с раствором едкого натра в 12° Боме, после чего измельчается и отбеливается в особых измельчающих аппаратах «голлапдерах». Для производства сульфит-целлюлозы древесина, чаще всего ель, отваривается в больших вертикальных котлах, выложенных внутри свинцом, с раствором сернисто-кальциевой соли в 4—5° Боме при трех атмосферах в течение 30—40 часов, после чего масса промывается водой. Электрический способ Кельнера заключается в кипячении древесины в открытых или закрытых котлах с раствором поваренной соли, через который пропускается электрический ток. Под влиянием хлора в образующейся при этом хлорноватисто-натровой соли инкрустирующие вещества переходят в раствор, и целлюлоза по этому способу получается весьма чистая.

Древесина некоторых деревьев содержит настолько значительные количества тех или других ценных органических веществ (красящих веществ, танина, сахара и т, п.), что является выгодно и переработка такой древесины в целях получения или красильных экстрактов (кампеш, сандал, красное дерево, желтое дерево и др.), или танина (тропические акации-кашу, каштан), или сахара (сахарный клен). В настоящее время, с распространением искусственных органических красок, красильных деревьев или, как  их иногда называют, «деревянные краски» потеряли очень значительную долю своего прежнего значения, и теперь только кампеш и, в меньших размерах, кашу более или менее успешно конкурируют с искусственными красками. Вместе с тем окрашивание производится уже не измельченной древесиной красильных деревьев, как это было прежде, а приготовленными из нее экстрактами, что удешевляет фрахт и дает возможность работать с более концентрированными растворами. Для приготовления экстрактов измельченная древесина вываривается с водой при кипячении или под давлением или, что еще лучше, выщелачивается в диффузионных батареях. В этих последних одна и та же, нагреваемая до определенной температуры вода проходит последовательно через ряд закрытых котлов, загруженных измельченной древесиной, и таким образом все больше и больше насыщается растворимыми составными частями  древесины. Полученный таким образом пастой выпаривается в вакуумах досуха или только до определенной концентрации в 20—30° Боме. Точно таким же образом приготовляются в дубильные экстракты, например, каштановый экстракт. Красящим началом кампеша, (древесина деревьев Haematoxylon campechianum) является гематеин; кампеш в довольно значительных количествах употребляется для окрашивания в черный и серый пли дикий цвет. Красное дерево или фернамбук (древесина деревьев Caosalpinia) содержит пигмент бразилеин, не особенно прочный, и потому почти совершенно потерявший всякое значение. Желтое дерево (древесина деревьев Morus tinctoria) содержит пигмент морин и в незначительных количествах употребляется для нюансирования шерсти и шелка. Сандал  представляет древесину произрастающего в южной Азии дерева Pterocarpus santalinus; характерной его составной частью является пигмент санталин, который с хромовой протравой дает довольно красивый коричневый цвет, не достаточно, впрочем, прочный. Кверцитронный экстракт приготовляется из коры дуба Quercus nigra или Quercus tincioria, и красящим началом его является пигмент кверцитин; употребляется до сих пор в незначительном количестве в ситцепечатании.

Сок сахарного клена, Acer sacharinum, содержит сахар и перерабатывается в Северной Америке на кленовый сахар  и патоку, которые пользуются большим спросом и оплачиваются дороже, чем обыкновенный сахар. Этот сахар не рафинируется и поступает в  продажу в виде мелкозернистого песка с характерным запахом.

А. Лидов.