Изучение древесины памятников деревянного зодчества Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ

УДК 691.11

Е.Н. Покровская, И.В. Котенева

Покровская Елена Николаевна родилась в 1938 г., окончила в 1960 г. Московский химико-технологический институт им. Д.И. Менделеева, доктор технических наук, профессор кафедры общей химии Московского государственного строительного университета, член-корреспондент РАЕН. Имеет более 200 научных трудов в области изучения древесины памятников деревянного зодчества, модифицирования ее элементорганическими соединениями.

Котенева Ирина Васильевна родилась в 1978 г., окончила в 2001 г. Брянский государственный университет, аспирант кафедры общей химии Московского государственного строительного университета. Имеет 1 печатную работу в области изучения древесины памятников (химический состав, удельная поверхность, прочность, сорбционная способность).

ИЗУЧЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ ПАМЯТНИКОВ ДЕРЕВЯННОГО ЗОДЧЕСТВА

Методом сорбции исследованы образцы древесины памятников деревянного зодчества.

Ключевые слова: древесина памятников, целлюлоза, лигнин, пентозаны, сорбция, удельная поверхность.

Древесина имеет разветвленную капиллярно-пористую структуру, которая может характеризовать долговечность и сохранность эксплутацион-ных свойств конструкций. Для характеристики внутренней структуры древесины может быть использован метод сорбции [2].

Исследованию подвергали образцы заболонной древесины сосны, взятые из различных памятников деревянного зодчества: Успенского собора Кирилло-Белозерского монастыря (дата постройки 1493 г.); колокольни деревни Кулига Красноборского района Архангельской области (1600 г.); Ильинской церкви (1699 г.) и Преображенского собора (1790 г.), г. Бело-зерск; дома Толстых, г. Калуга (1870 г.); Преображенской церкви в Кижах, Карелия (1700 г.); летнего дворца-усадьбы Останкино, г. Москва (1750 г.). Кроме того, исследовали образцы и свежесрубленной древесины.

Рис. 1. Кинетические кривые сорбции адсорбат - Н2Одист (а), адсорбат - С6Н6 (б):

1 - 1493 г. (-); 2 - 1600 (-); 3 - 1699 (-); 4 - 1700 (-); 5 - 1750 (-);

6 - 1790 (-); 7 - 1870 (-); 8 - 2000 г (-)

Для изучения сорбции были выбраны следующие адсорбтивы: вода дистиллированная, имеющая большое поверхностное натяжение и смачивающая поверхность капилляров древесины; бензол, не смачивающий капилляры.

Образцы древесины размером 5x5x5 мм погружали в 50 мл адсорб-тива. Через каждые 10 мин снимали кинетические кривые сорбции (рис. 1). Для всех изученных случаев предельное значение сорбции достигалось через время т = 20 ... 60 мин. Ход кинетических кривых показывает, что процесс сорбции в образцах происходит по-разному, но для всех образцов характерна общая закономерность - предельная сорбция воды а превышает аналогичный показатель бензола, кроме образца 7, для которого они практически одинаковы. Разница между значениями предельной сорбции воды и бензола характеризует степень развития капилляров древесины.

Учитывая, что объем образцов в ходе сорбции не изменялся, рассчитывали удельную поверхность образцов древесины Л',.л по формуле [1]

=

Am ■ 10

m0gMr

-з

где Am - разность между исходной массой образца m0 и массой образца во время сорбционного равновесия, г; g - плотность образца, г/см3;

Мг - молярная масса адсорбата, г/моль;

Na - число Авогадро, моль-1; S - площадь поперечного сечения молекулы адсорбата, м2.

Результаты расчетов представлены в таблице. Значения удельной поверхности позволяют судить о состоянии внутренней структуры древесины, характеризуя ее рыхлость.

Во всех образцах (1 - 8) массовую долю целлюлозы Сц определяли азотно-спиртовым методом, лигнин - с 72 %-й серной кислотой

Рис. 2. Массовая доля компонентов С в образцах древесины памятников (года постройки с 1 -8 см. на рис. 1): 1 - целлюлоза, 2 - лигнин, 3 - пентозаны

в модификации ВНПОбумпрома, пентозаны - модифицированным бромид-броматным методом [3]. Соотношение компонентов древесного комплекса представлено на рис. 2.

Полученные совокупные характеристики (см. таблицу) позволяют судить о состоянии древесины различных памятников деревянного зодчества.

Как видно из рис. 2, в течение пятисот лет содержание лигнина в древесине памятников изменилось незначительно (не более 5 %), целлюлозы - более заметно (от 3 до 7 %). В одном случае (образец 5) содержание целлюлозы уменьшилось на 11 %. Для пентозанов характерно постоянное снижение их содержания в древесине во времени. Например, через 500 лет в образце 1 осталось всего 0,52 % пентозанов. Постоянное удаление из древесины пентозанов делает целлюлозу более доступной для гидролитического разложения. Образцы с меньшим содержанием пентозанов имеют и меньше целлюлозы. На содержание лигнина количество пентозанов заметного влияния не оказывает. Содержание целлюлозы в древесине памятников изменяется во времени, и кривая, отражающая это, имеет максимумы и минимумы (рис. 3).

Наименьшее содержание целлюлозы отмечено через 250 и 500 лет эксплуатации.

Порядковый а = А т/т, % А а, £уд, Сц Сл Сп

номер образца* Н2О СбНб % м2/г % г/см3

1 152,23 65,70 86,53 11,71 43,59 25,00 0,52 0,4365

2 32,63 8,86 23,77 2,51 44,88 24,18 2,16 0,5920

3 58,00 12,87 45,13 4,46 51,46 24,17 3,26 0,5155

4 118,00 97,30 20,70 9,08 48,27 25,53 3,50 0,4896

5 97,00 14,10 82,90 7,46 39,38 28,03 4,50 0,4440

6 67,75 16,24 51,51 5,21 48,17 26,23 5,54 0,4408

7 88,49 89,73 -1,43 6,81 48,53 29,66 6,02 0,4547

8 69,51 54,80 14,17 5,50 51,90 28,20 9,00 0,4744

* Совпадает с обозначениям на рис. 1.

Рис. 3. Изменение во времени содержания целлюлозы в образцах древесины памятников

Таким образом, в ходе исследования было установлено, что древесина Успенского собора Кирилло-Белозерского монастыря имеет самое высокое значение удельной поверхности (11,71 м2/г) и, как следствие, наиболее низкую плотность (0,4365 г/см3), а также самую большую разницу между значениями предельной сорбции воды и бензола (86,53 %).

Это говорит о том, что древесина строений Успенского собора является наиболее деградированной из всех изученных образцов и требует особого внимания. В плохом состоянии находится древесина Преображенской церкви (высокое значение удельной поверхности), музея Останкино (высокие значения Да и 5уд., самое низкое содержание целлюлозы - 39,38 %, низкая плотность), дома Толстых. В последнем случае практически отсутствует система капилляров (Да имеет отрицательное значение), высока удельная поверхность. Состояние древесины колокольни деревни Кулига, Ильинской церкви и Преображенского собора оценивается как удовлетворительное.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. - М.: Мир, 1970.

2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1976.

3. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. - М.: Экология, 1991.

Московский государственный строительный университет

Поступила 23.05.02

E.N. Pokrovskaya, I. V. Koteneva

Study of Wood of Wooden Architecture Monuments

Wood samples of wooden architecture monuments are investigated by sorption method.

1500 (£00 m /800 1900г, m