Коновалова Н.Н., Коновалов Н.Т., Стасова В.В., Антонова Г.Ф

ВОЗДЕЙСТВИЕ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ НА
АНАТОМИЧЕСКУЮ СТРУКТУРУ ДРЕВЕСИНЫ ДУБА
Н.Н. Коновалова, Н.Т. Коновалов, В.В. Стасова, Г.Ф. Антонова
Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка (Россия)
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, Красноярск (Россия)
Одним из предварительных приемов, используемых для усиления
последующего действия химических реагентов на древесину, может
быть воздействие на нее акустических колебаний. Однако данных об
изменениях структурных элементов древесины при таком воздействии
почти не имеется. Особенно это касается воздействия ультразвука при
непосредственном контакте генерирующего устройства с древесиной в
воздушной среде.
Целью данной работы было изучение влияния акустических
колебаний на анатомическую структуру древесины дуба черешчатого.
Бруски древесины размером 10×5×2 см торцевой частью
помещали под источник акустических колебаний (21–24 кГц) и
подвергали воздействию ультразвука в течение 15 и 35 мин. Для
микроскопических наблюдений были сделаны срезы в нескольких
местах образца, на разных расстояниях от датчика. На поперечных,
радиальных и тангентальных срезах отмечали наличие или отсутствие
изменений в структуре элементов древесины. Структура и цветные
реакции древесины оказались сходными во всех исследованных точках.
Измерения морфометрических показателей отдельных элементов
древесины исходной древесины и древесины, подвергнутой
акустическим колебаниям, проводили на 5–10 годичных слоях с
помощью микроскопа МБИ-15 при увеличении в 1000 раз, используя
окуляр-микрометр.
В
качестве
изучаемых
анатомических
характеристик были выбраны: толщина стенок ранних трахеид и стенок
волокон либриформа, площадь поперечных сечений полостей волокон
либриформа, пористость массива либриформа, т.е. процента объема,
приходящегося на полости волокон в общем массиве ткани. Измерение
пористости либриформа проводили по методу, описанному
А.А. Яценко-Хмелевским (1954).
Кроме того, были проведены гистохимические тесты на
лигнификацию в целом (окрашивание крезил-виолетом, дающим
68
разную окраску в зависимости от распределения красителя внутри
ткани и доступности хромофорных групп) и отдельные типы лигнина
(реакция на гваяцил-пропановые единицы лигнина с флороглюцином
по Визнеру и реакция на сирингил-пропановые единицы с
перманганатом по Меуле).
При внешнем осмотре образца древесины, подвергнутого
ультразвуку в течение 15 мин под небольшим увеличением (лупа х8),
видимых изменений структуры не выявлено, однако наблюдалось
изменение окраски в виде пятен. С увеличением длительности действия
акустических колебаний локальное повышение температуры ведет к
появлению пятен «подгаров» внутри брусков. После 35 мин
воздействия ультразвука древесина более темная по сравнению с
исходной (без обработок), широкие лучи имеют коричневый цвет,
открытые полости сосудов не отличаются по цвету от окружающей
древесины, тиллы в виде желтоватых прозрачных тонких пленочек без
видимых при небольшом увеличении изменений.
Основной мишенью действия акустических колебаний, как
показывают измерения анатомических параметров древесины дуба,
являются волокна либриформа. Под действием ультразвука
разрыхляются срединные пластинки, нарушается структура оболочек.
В толще оболочек появляются радиальные и концентрические
трещины. Это приводит к некоторому увеличению толщины волокон
либриформа и существенному сокращению объема внутренней полости
волокна. Так, толщина стенок волокон увеличивается с 4.86 ±0.23 мкм
у исходной древесины до 5.04 ± 0.10 мкм и 5.23 ± 0.10 мкм
соответственно для 15 и 35 мин акустического воздействия. При этом
площадь поперечного сечения полости уменьшается с 11.01 ± 0.72 мкм2
до 3.36 ± 0.16 мкм2 и 3.97 ± 0.31 мкм2 . Измерения пористости массива
либриформа дают еще более показательную картину: под действием
ультразвука происходит резкое уменьшение объема полостей в
процентах от общего массива ткани. Пористость всего массива
либрифрма сокращается с 10,44 ± 0,82% до 4,38 ± 0,26% и 4,70 ± 0,49%
соответственно для тех же экспозиций.
Гистохимические реакции с крезил-виолетом показали, что
срединные пластинки волокон либриформа остаются синими, как и в
исходной древесине, но выглядят более широкими. Основная часть
вторичного утолщения оболочки имеет фиолетовый (фиалковый) цвет,
что свидетельствует об образовании полимерной формы красителя в
69
результате появления большого количества свободных хромофорных
групп вследствие либо механического разрыхления структуры
оболочки, либо каких-то разрушений в структуре полимеров клеточной
оболочки.
Окраска с флороглюцином не отличается от окраски
необработанной древесины: ярко окрашены окружности крупных
сосудов, трахеиды ранней древесины, срединные пластинки в
либриформе. Тиллы окрашиваются более интенсивно по сравнению с
исходной древесиной. Можно заключить, что под действием
ультразвука данной интенсивности гваяцильные единицы лигнина
заметных изменений не претерпевают.
Окрашивание древесины перманганатным реактивом по Меуле
выявило ряд особенностей по сравнению с исходной необработанной
древесиной. Вместо равномерного ярко-красного окрашивания массива
волокон либриформа наблюдается интенсивная окраска срединных
пластинок волокон либриформа, тогда как основная толща клеточных
стенок окрашивается гораздо слабее. При этом, как обычно,
интенсивно окрашиваются оболочки поздних трахеид, в ранней
древесине окраска более слабая, тиллы и окружности крупных сосудов,
как всегда, не окрашены.
Можно предположить, что либо сирингильные структурные
единицы лигнина волокон либриформа подверглись окислению под
действием ультразвука, либо (на что указывает реакция с крезилвиолетом) изменение окраски связано с разрыхлением структуры
стенок волокон. Однако сохранение интенсивности окраски срединных
пластинок, несмотря на некоторое их расширение, скорее всего
свидетельствует
о
влиянии
ультразвука
на
сирингильные
фенилпропаноидые структурные единицы лигнина. Поскольку под
влиянием ультразвука температура древесины повышается, возможным
объяснением такому явлению могли бы служить наблюдения при
изучении природы взаимодействия целлюлозы и лигнина при
термической обработке древесины и защитной роли клеточной стенки
для компонентов ткани [1]. Как отмечают авторы, при высоких
температурах возникает возможность более тесного сближения
сегментов композиции (древесного вещества). При этом для
гваяцильных единиц лигнина условия взаимодействия с целлюлозой
более выгодны, чем для сирингильных. Если к тому же принять во
внимание, что наличие в ароматическом ядре лигнина второго
70
метоксила (например, сирингильные структуры) способствует более
полному распаду эфирных
арил-алкильных
связей
между
фенилпропановыми звеньями [2] при температурах 150–320°С,
предположение о деструкции лигнина сирингильного типа под
влиянием ультразвука имеет все основания.
Таким образом, акустические колебания в течение 15 и 35 мин
одинаково влияют на структуру древесины: в либриформе резко
уменьшаются размеры полости клеток и пористость либриформа,
форма полости волокон становится щелевидной, в оболочках волокон
наблюдаются радиальные и концентрические трещины. Увеличение
времени экспозиции усиливает эффект ультразвука данной мощности
незначительно. Ранняя древесина, судя по слабо изменяющейся
толщине клеточных оболочек, не изменяется. Ультразвуковое
воздействие оказывает влияние на содержание (или структуру)
лигнина, локализованного в волокнах либриформа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Домбург Г.Э., Скрипченко Г.Н.. Шарапова Т.Е. Химия древесины. 1983.
№3. С. 70–76.
Домбург Г.Э., Шарапова Т.Е., Россинская Г.А., Сергеева В.Н. // Химия
древесины. 1974. №15. С. 94–100.
Яценко-Хмелевский А.А. Основы и методы анатомического исследования
древесины.М.-Л., 1954.
ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА СОСТАВ ФЕНОЛЬНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ СПИРТОВЫХ ЭКСТРАКТОВ
ДРЕВЕСИНЫ ДУБА
Н.Н. Коновалова, Н.Н. Коновалов, Т.Н. Вараксина, Г.Ф. Антонова
Институт физики твердого тела РАН, п. Черноголовка
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, Красноярск
Известно, что водно-тепловая обработка древесины, часто
используемая как предварительный этап при ее химической
переработке, вызывает заметные изменения в химическом составе
71