Введение

Древесина представляет собой уникальный постоянно возоб- новляемый источник химического сырья, значение которого в комплексной химической переработке непрерывно возрастает. 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 Советском Союзе большое развитие получили также гидролизные производства как составная часть микро- биологической промышленности. Не потеряла до настоящего времени своего значения старейшая отрасль химической пере- работки древесины—лесохимические производства. Быстрыми темпами развивается химико-механическая переработка древе- сины — производство древесностружечных, древесноволокнистых плит и древесных пластиков. Перспективное направление со- ставляет модификация древесины.

Химия древесины — наука, изучающая структуру, состав и свойства древесной ткани, строение и взаимодействие компонен- тов, входящих в древесный комплекс, и превращения, происхо- дящие с этими веществами при химической и химико-механи- ческой переработке древесного сырья. Неотъемлемой частью химии древесины является анализ древесины, в широком смысле включающий определение химического состава древесины, а также выделение ее отдельных компонентов, их очистку и характеристику. Химический анализ древесины становится важной областью исследований в связи с проблемой утилиза- ции биомассы дерева в целом. Данное учебное пособие излагает вопросы химического анализа в узком смысле, т. е. методы количественного определения важнейших компонентов древесины.

При переработке технической целлюлозы на бумагу и картон, а также в химической переработке к целлюлозе предъявляются определенные требования, в связи с чем проводятся специальные анализы технической целлюлозы и других волокнистых полу- фабрикатов. Важную роль при химической переработке цел- люлозы играет ее реакционная способность.

Поведение древесины в процессах химической и химико-ме-

ханической переработки (при варке и отбелке целлюлозы, гидро- лизе древесины, изготовлении древесно-плитных материалов и др.) определяется не только химическим составом древесины и свойствами ее отдельных компонентов, но и анатомическим строением древесины. В результате этого возникает необходи- мость микроскопического исследования древесины и цел- люлозных волокон.

Методы анализа древесины и технических целлюлоз можно подразделить на химические и физико-химические. Химические методы анализа древесины базируются главным образом на раз- личиях химических свойств компонентов древесины. Исполь- зуются также различия в некоторых физико-химических свойствах, например растворимости. В косвенных методах ана- лиза для определения продуктов реакций часто применяют физико-химические методы (хроматографию, спектрофотометрию и др.). В анализе технических целлюлоз для определения примесей остаточных компонентов обычно используют химиче- ские методы анализа, аналогичные применяемым в анализе древесины. Физико-химические свойства целлюлозы при ее анализе приобрели особо важное значение (определение степени набухания и растворимости в щелочах, вязкости и степени полимеризации, неоднородности по молекулярной массе). Для изучения анатомического строения древесины применяют физи- ческий (оптический) метод — микроскопию.

В настоящее время при анализе древесного сырья и готовой продукции и особенно в научных исследованиях все большее внимание уделяется физико-химическим и физическим методам. Успешное развитие этих методов связано с созданием эффек- тивных приборов для инструментального анализа. Физическим и физико-химическим методам присуща высокая разрешающая способность, следствием чего являются специфичность и высокая точность.

В химии и физике древесины и целлюлозы наряду с опти- ческой используют электронную микроскопию, рентгенострук- турный анализ, спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ко- лебательную спектроскопию в инфракрасной области (ИК- спектроскопию) и другие физические методы. Развитие методов термического анализа открывает возможности определения температурных переходов древесины и ее основных высоко- молекулярных компонентов, кинетических параметров термо- превращений, тепловых эффектов процессов. Спектрофото- метрические и фотоколориметрические методы анализа обеспе- чивают наиболее быстрое количественное определение анализи- руемых компонентов, их производных и продуктов деструкции в

растворах. Широкое применение в анализе древесины получили методы распределительной хроматографии.

Результат химического или физико-химического анализа на его конечной стадии регистрируется в виде аналитического сигнала, представляющего собой физическую величину, функцио- нально связанную с содержанием определяемого компонента, характерных функциональных групп или с другими параметрами. Этот сигнал может оцениваться в виде значения массы взвешиванием, в виде объема титранта по бюретке, по пока- заниям приборов для инструментального анализа или же ре- гистрироваться самопишущими приборами.

При оценке качества древесного сырья и волокнистых полуфабрикатов стандартами предусматривается анализ двух или более (для обеспечения заданной сходимости результатов) параллельных проб образцов, отобранных из больших партий в соответствии с правилами отбора. Стандартные методы в ос- новном разработаны для характеристики исходного сырья и контроля уровня проведения технологического процесса и про- дукции. Такой анализ может оказаться недостаточным для оцен- ки эксплуатационных свойств готового материала и решения различных научно-исследовательских задач. В основном это ка- сается выбора метода и методики анализа, когда вместо стан- дартизированной отдают предпочтение малоизвестной методике, если с ее помощью достигается цель. Например, в задачах с эле- ментами статистических исследований число проб или образ- цов увеличивают, чтобы иметь возможность воспользоваться соответствующими расчетами и статистическими критериями. Та- кая информация является более полной и надежной. Следует, однако, заметить, что сама методика в задачах подобного рода должна строго выполняться в соответствии со стандартом, тогда как требования сходимости результатов параллельных определений необходимо обеспечить при разработке методики и ее отработке на стадии, предшествующей собственно эксперименту.

В связи с этим в учебное пособие включены сведения по математической обработке данных, относящихся к точечным оп- ределениям, корреляционной зависимости и получению и анали- зу регрессии. Решаемые задачи иллюстрируются примерами, заимствованными из конкретных исследований и производствен- ной практики. При математической обработке данных целе- сообразно применять ЭВМ с использованием стандартных или специально разработанных программ.

В данном учебном пособии конкретным методикам анализа предшествует изложение теоретических вопросов, относящихся к сущности и химизму каждого метода анализа. Общие вопросы

теории химии древесины и целлюлозы, касающиеся строения и свойств древесины, а также строения и реакций ее важней- ших компонентов и необходимые для понимания теории анализа, содержатся в ряде отечественных и зарубежных учебных по- собий и монографий [11, 14, 15, 22, 24, 26, 27]. Литература же, посвященная специально анализу древесины и целлюлозы, мало- численна [18, 28, 30]. Имеется также техническая литература, относящаяся к контролю сырья, материалов и продукции в производстве [5, 17]. Некоторые вопросы исследования целлю- лозы содержатся в книге [12]. Анализ лигнинов достаточно подробно изложен в книге [7], что позволило в- настоящем учебном пособии сосредоточить внимание на химическом анализе древесины в целом и ее основного компонента — целлюлозы.