Дрво (материјал)

Дрво — природен материјал што се добива од дрвенести растенија, т.е. дрво, како растение. Тоа е природно цврсто обновливо гориво, односно природен градежен материјал.
Поимот ''дрво'', во секојдневниот говор, се однесува на тврдото ткиво на надземното стебло (стебло, гранки и гранчиња) на дрвјата и грмушките. Во ботаничка смисла, дрвото се дефинира како секундарен ксилем што произлегува од камбиумот кај семените растенија. Според оваа дефиниција, дрвенестото ткиво на палмите и другите повисоки растенија не е дрво во строга смисла на зборот. Како еден од показателите, и овде, е складирањето на лигнини во клеточните ѕидови. Затоа, можна е и поширока дефиниција на дрвото како лигнифицирано (одрвенето) растително ткиво.
Во културна и историска смисла, дрвјата се меѓу најстарите користени растенија. Дрвото може да се користи на многу начини, а исто така е и обновлива суровина, па затоа е меѓу најважните растителни производи, и како суровина за понатамошна преработка, и како обновлив извор на енергија. Предметите и градбите направени од дрво (како што се штитови, лакови, јаглен, железнички прагови, дрвени бродови, потпорни столбови, тврдини), како и дрвната индустрија воопшто, биле и сè уште се дел од човечката цивилизација и историја на културата.
Сечењето шуми во крајбрежните области на Средоземјето е една од најголемите човечки зафати во некој екосистем. Ова сечење шуми бил првиот чекор кон урбано населување во тогашната густо пошумена Европа. Се проценува дека на Земјата растат околу 434 милијарди кубни метри дрво, од кои околу 47% се комерцијално употребливи. Како широко распространет, јаглеродно неутрален обновлив ресурс, дрвените материјали се од голем интерес како извор на обновлива енергија. Се проценува дека во 1991 година биле исечени околу 3,5 кубни километри дрво.
1 Историја на користењето
Дрвото е најстариот градежен материјал од едноставна причина што овозможува градење едноставни градби со многу малку алатки или дури и без нив. Затоа, кога луѓето почнале да градат, прво користеле дрво за да изработат едноставни колиби или шаторски конструкции. Со развојот на човечкото општество и подобрувањето на алатите, дрвото почнало да се користи за посложени конструкции, а денес е сè уште неопходен градежен материјал.
2 Потекло
Дрвото се создава од камбиум, ткиво што се развива помеѓу средината и кората (преку секундарно задебелување).
Кога клетките на камбиумот се делат, се образуваат две, од кои едната ја задржува способноста за понатамошна делба, односно во нова почетна клетка. Втората клетка станува стална (трајна) клетка која може да се дели уште еднаш или неколку пати. Од клетките кои подоцна се диференцираат во спроводливо, складишно и потпорно ткиво кон внатрешноста, се образува дрвото (секундарен ксилем). Флоемот се образува однадвор, кој ја гради внатрешната кора, а подоцна од него се образува фелогенот, т.е. кората. Производството на ксилемски клетки го надминува производството на флоемски клетки за неколку пати, така што процентот на кора во дрвото се движи од 5 до 15%.
Во умерените географски широчини, под климатско влијание може да се забележат четири фази на раст:
* фаза на мирување (од ноември до февруари на северната хемисфера);
* фаза на „мобилизирање“ (март, април)
* фаза на раст (од мај до јули): дрвените клетки што се образуваат во ова време од годината се доста светли, со тенки ѕидови и посветли нијанси и го сочинуваат таканареченото „рано дрво“;
* фаза на складирање (од август до ноември): дрвените ќелии образувани во ова време од годината се помали, имаат подебели ѕидови и потемни нијанси и претставуваат „есенско дрво“ („доцно дрво“).
Ова циклично однесување на растот ги создава познатите годови или „годишни прстени“, кои се лесно видливи на попречен пресек на дрвото.
3 Хемиски состав
Хемискиот состав на дрвото варира од вид до вид, но во просек може да се земе дека содржи околу 50% јаглерод, 42% кислород, 6% водород, 1% азот и 1% други елементи (главно калциум, калиум, натриум, магнезиум, железо и манган), пресметано според масен сооднос. Во помали количини, дрвото содржи и сулфур, хлор, силициум и фосфор, како и многу други елементи во трагови.
Покрај водата, дрвото содржи три главни составни делови. Целулозата, кристален полимер добиен од гликоза, сочинува 41 до 43% од масата на дрвото. Следна по важност е хемицелулозата, која сочинува 20% од составот на листопадните дрвја, но исто така и речиси 30% од четинарите. Ова се главно петкарбонски шеќери кои се поврзани на неправилен начин, за разлика од целулозата. Лигнинот е третата компонента на дрвото, која е околу 27% кај зимзелените дрвја и 23% кај листопадните дрвја. Лигнинот му ги дава на дрвото неговите хидрофобни својства, што го одразува фактот дека се заснова на ароматични јаглеродни прстени. Сите три компоненти на дрвото се испреплетени, а постои непосредна ковалентна врска помеѓу лигнинот и хемицелулозата. Главниот фокус на хартиената индустрија е одвојувањето на лигнинот од целулозата, од која понатаму се произведува хартија.
Хемиски, разликата помеѓу мекото и тврдото дрво се одразува во составот на нивниот составен лигнин. Лигнинот во тврдото дрво главно се добива од синапил и кониферил алкохоли. Лигнинот во мекото дрво главно се добива од кониферил алкохоли.
3.1 Екстракти
Покрај лигноцелулозата, дрвото се состои од разни органски соединенија со ниска молекуларна тежина наречени екстрактивни материи. Екстрактивните материи за дрво вклучуваат масни киселини, смолни киселини, восоци и терпени. На пример, колофонот се екстрахира од зимзелено дрво како заштита од инсекти. Екстракцијата на овие органски материјали од дрво дава терпентин, масло од бор и смола.
4 Зимзелено дрво
Според времето на развој за време на еволутивниот процес, зимзелените дрвја се постари од листопадните дрвја, но тие имаат многу поедноставна анатомска структура на клетките од листопадните дрвја и имаат само два вида клетки.
* Трахеиди: издолжени цевчести клетки, кои завршуваат во зашилен облик на краевите, се исполнети само со воздух или вода. Тие ги комбинираат функциите на потпора и спроводливост и учествуваат во дрвото со учество од 90% до 100%. Преку таканаречените јами, се одвива размена на течности помеѓу клетките. Кај дрвенестите зраци, таканаречените попречни трахеиди овозможуваат пренос на вода и хранливи материи во радијални насоки. Тие имаат учество од 4% до 12% во вкупната дрвна супстанца.
* Паренхимски клетки: во надолжен пресек тие се претежно трапезоидни клетки, кои ја преземаат спроводливоста на хранливите материи, како и складирањето на скроб и масти. Во радијални насоки тие го градат паренхимот на дрвенестите „зраци“ и поголемиот дел од неговите ткива. Паренхимските клетки што ги опкружуваат смолните канали функционираат како епителни клетки и произведуваат смола, која тече во смолните канали.
5 Листопадно дрво
Според времето на развој, помладото ткиво на листопадните дрвја е значително поиздиференцирано од она на зимзелените дрвја. Може да се подели на три функционални групи:
* проводно ткиво: проводни садови, вазицентрични трахеиди и други.
* потпорно ткиво: влакнести трахеиди и дрвенести (либриформни) влакна
* складишно ткиво: клетки на парнехим во дрвенестите зраци, долги паренхимски клетки, клетки на епителот.
Особеност за листопадните дрва се претходно споменатите спроводливи садови, кои отсуствуваат кај зимзелените дрвја. Тие често може да се видат со голо око како мали пори во напречниот пресек на дрвото или како вдлабнатини во тангенцијален пресек.
6 Особини
Дрвото е вреден материјал, првенствено затоа што може да се користи повеќе пати, а рушењето на дрвените градби се сведува на нивно расклопување. Носивоста на дрвото е голема, а современата технологија овозможува создавање на некогаш незамисливи дрвени потпори од таканареченото „лепено ламелирано дрво“, во кое тенки плочи се спојуваат со помош на специјални лепила под преса.
Дрвото е отпорно на разни влијанија и, навидум противречно, дрвените структурни делови се поотпорни на пожар од челичните еквиваленти. Самостојна дрвена греда под влијание на оган гори на околу 2 см од нејзиниот првичен пресек, а потоа престанува да гори.
Најразорното надворешно влијание врз дрвото е влагата, па затоа за дрвените конструкции, заштитата од влага и вода е најважниот чинител во проектирањето, градбата и користењето. Под влијание на влагата, дрвото скапува и ја губи цврстината.
6.1 Хигроскопски
Хигроскопските својства на дрвото, т.е. неговата склоност да впива влага од околината, исто така влијаат на неговата слаба димензионална стабилност во услови на промена на влажноста на околината. Влажноста во дрвото постепено се изедначува со влагата на околината. Промените во влажноста на околината под опсегот на заситување на влакната (во зависност од видот на дрвото од 25% до 35% влага во дрвото) се одразуваат во промени во обликот на дрвото (бабрење, искривување, собирање). Некои видови дрво, како што е тиковото дрво, поради складирањето на хидрофобни супстанции во него, имаат многу мала разлика во промената на масата со промените во влажноста на околината. Постојат одредени технички методи за намалување на хигроскопноста на дрвото, како што е модификацијата.
6.2 Топлински
Поради својата порозност, дрвото е многу слаб спроводник на топлина и затоа е погодно како топлинска заштита. Дрвото од смреката има специфична топлинска спроводливост од околу 0,13 W/(m·K), додека бетонот, на пример, има просек од 1,28 до 1,7 W/(m·K). Онаа на иверицата е уште пониска, од 0,10 W/(m·K). Изолационите плочи направени од меки дрвени влакна можат да достигнат уште пониска топлинска спроводливост од 0,04 W/(m·K). Топлинската спроводливост се зголемува со зголемување на содржината на влага во дрвото и густината на суровината. Специфичниот топлински капацитет, т.е. количината на топлина потребна за загревање на материјал за еден степен, за дрво е 0,472 Wh/(kg·K), што е речиси двојно повеќе отколку за бетон (0,244 Wh/(kg·K)). Ширењето при загревање на дрвото може да биде лоша особина во пракса, бидејќи претерано се надоместува со собирање при сушење.
Топлотното распаѓање на дрвото се случува на температури над 105 °C, а од 200 °C значително се забрзува и достигнува врв на 275 °C. Топлотното распаѓање на дрвото може да се случи и на пониски температури под 100 °C за време на продолжена изложеност. Точката на палење на дрвото е помеѓу 200 и 275 °C. Меѓутоа, во отсуство на воздух, се јавува пиролиза на дрвото. Комерцијалните дрвни видови од Средна Европа обично имаат содржина на влага од околу 20% и калориска вредност помеѓу 3,9 и 4,0.
6.3 Еластомеханички
Таканаречената густина на дрвните суровини варира во зависност од содржината на влага во дрвото. При содржина на влага од 12% (нормална влажност во загреани простории) , густината на суровината, во зависност од видот на дрвото, се движи од 200 до 1200 кг/м<sup>3</sup>. Свежо исеченото дрво покажува уште повисоки вредности. На пример, густината на свежо исеченото дабово дрво е околу 1000 кг/м<sup>3</sup>, додека во сушена состојба (при влажност од 12%) е 670 кг/м<sup>3</sup>. Густината на дрвните суровини е клучен показател за повеќето технички својства на дрвото, со кои е во меѓузависност. Мерењето на густината често се користи за проверка на квалитетот на дрвото. За разлика од густината на суровината, таканаречената чиста густина на исушениот, дрвенест клеточен ѕид не зависи од видот на дрвото и изнесува 1,5 г/см<sup>3</sup>.
Дрвото е вискозноеластична суровина, па затоа неговите еластомеханички својства се менуваат со текот на времето. Затоа, времетраењето на оптоварувањето врз него мора да се земе предвид како вид на влијание на надворешни сили, и статички и динамички. Покрај густината и насоката на оптоварувањето, еластомеханичките својства на дрвото се под влијание и на неговата структура, историјата на раст и влажноста. При пресметувањето, важно е да се знае дека густината и еластомеханичките својства на поединечните видови дрво можат значително да се разликуваат со природна варијанса од 10 до 22%. Меѓу сите коефициенти на цврстина, највисока вредност е за отпорноста на извлекување на дрвото, додека неговата цврстина под притисок е околу 50% од вредноста на отпорноста на извлекување, а отпорноста на извиткување е околу 10% од таа вредност. На пример, цврстината на истегнување на обичниот челик (370 Њ/мм<sup>2</sup>; 7800 кг/м<sup>3</sup>) е околу пет до шест пати поголема од онаа на дрвото (~80 Њ/мм<sup>2</sup>; 450 кг/м<sup>3</sup>), но дрвото е околу 16 пати полесно од челикот. (Вредностите на коефициентот на цврстина дадени овде се однесуваат на оптоварувањата по влакната). Од сето погоре, следува дека дрвото има многу поволен сооднос на цврстина и тежина.
6.4 Оптички
Бојата и структурата на дрвото се од естетско значење во многу употреби. Прекумерното разгранување и неправилната распределба на бојата се сметаат за грешки кај дрвото. Покрај тоа, дрвото полека потемнува под влијание на ултравиолетовата светлина. Во текот на долг период на изложеност на УВ зраци, може да се забележи оштетување на површината на дрвото. Во овој случај, лигнинот најчесто денатурира и се распаѓа, а во случај на непосредна изложеност на атмосферски услови (врнежи, дожд, снег), се плакни од дрвото. После тоа, површината на дрвото станува валканосива. Ако дрвото е заштитено од врнежи, УВ зраците постепено му даваат на дрвото бледа сребренобела боја. Ефектот на сончевата светлина е ограничен на површината на дрвото. Може да се ублажи со боење на дрвената површина со лакови и бои што содржат одредени пигменти.
6.5 Звучни
Брзината на звукот во дрвото, мерена напоредно (паралелно) со дрвените влакна, достигнува вредности од 4000 до 6000 м/с, додека мерена попречно на правецот на влакната од 400 до 2000 м/с. Брзината на звукот во дрвото е под влијание на неговата густина, еластичност, должина на влакната, аголот меѓу влакната, влагата, јазлите и шуплините итн. Поради добрите звучни својства, дрвото често се користи за производство на разни музички инструменти. Покрај тоа, како материјал е погоден и за звучна изолација. Иверицата со густина од 15 до 20 кг/м<sup>2</sup>достигнува звучна изолација од 24 до 26 dB.
6.6 Биолошки
Дрвото е биолошки материјал и е биоразградливо. Сепак, исто така е подложно на напади од биотски штетници. Често е напаѓано од разни видови инсекти, бактерии и габи, кои полека ја уништуваат неговата супстанца. Габите го напаѓаат дрвото кога неговата содржина на влага е околу 20%. Некои габи како што се аскомицетите (мрежести габи) и неправи габи дејствуваат само на површинската промена на боја на дрвото, додека габите стапчарки ја разградуваат дрвната супстанца и предизвикуваат нејзино скапување. Бактериите што предизвикуваат скапување на дрвото дејствуваат само во услови на висока влажност, особено на места каде што дрвото е во допир со почвата. Ларвите на инсектите што го уништуваат дрвото можат да го нападнат дури и при ниска влажност. Поотпорната срцевина на дрвото многу побавно биотски се распаѓа. Неговата отпорност е поделена на класи на отпорност од 1 до 5 според релевантните норми и стандарди (на пр. 350-2). Биотското распаѓање на дрвото може да се намали или спречи со соодветна заштита.
Многу малку се знае за бактериите што ја разградуваат целулозата. Симбиотските бактерии во ксилофагите може да играат улога во разградувањето на дрвото под вода, додека бактерии како што се, , и се пронајдени во дрво што е потопено во вода со години.
7 Употреба
7.1 Историска
Дрвото се користи барем уште од старото камено доба за добивање енергија (оган), како материјал за изработка на алатки и како градежен материјал. Постојат докази дека се користело дури и пред тоа време, кога другите примати користеле дрво за правење гнезда, фрлање (во одбрана) или туркање.
Дрвото се вбројува во одржливи суровини или извор на енергија до степен до кој потрошената количина не ја надминува количината што може да се одгледува во исто време. Леснотијата на обработка и придружната ниска потреба од енергија за негово производство и преработка играат многу важна улога во проценката на животната средина. Дрвените производи заземаат важно место во проценките на екобилансите.
Дрвото се преработува во разни производи, како што се фурнир, иверица, плочи, столбови и други дрвени производи. Плочите и фурнирот се сушат, а подоцна се кондиционираат до одредена содржина на влага за различни намени. Денес, овој процес се изведува речиси целосно во индустриски процеси на сушење.
7.2 Употреба во градежништвото
Дрвото било и останува многу важен материјал во градежништвото, уште од времето на првите човечки засолништа, куќи и бродови. Речиси сите бродови биле направени од дрво до крајот на 19 век, но и денес останува многу важна суровина во бродоградбата. За оваа намена многу се користи брестовото дрво, бидејќи е многу отпорно на распаѓање сè додека е влажно. Пред појавата на модерните водоводни цевки се користело за пренос на вода преку цевки.
Во Северна Америка, дрвото што најчесто се користи во градежништвото се нарекува англиски: lumber англиски: lumber. Во англофонскиот свет, овој поим обично се однесува на паднати дрвја, додека поимот англиски: timber означува пилени штици подготвени за употреба. Во средновековна Европа, дабовото дрво најчесто се користело за сите дрвени конструкции, вклучувајќи ѕидови, врати, подови и греди. Денес се користи многу широк спектар на дрвени производи, почнувајќи од масивно изработен мебел, врати и друго.
И денес, во многу земји во светот, куќите често се градат со дрвени конструкции. Дрвените производи сочинуваат голем дел од градежната индустрија. Покрај приватните (станбени) згради, се користи и во комерцијални (канцелариски) згради како структурен и естетски материјал. Во зградите направени од други материјали, дрвото сè уште се користи како помошен материјал, особено во кровните конструкции, внатрешната столарија и нејзините рамки. Дрвото главно се користи и за изработка на рамки за бетонирање.
Дрвото може да се користи делумно или целосно обработено. Делумно обработеното е погодно само за привремени градби, бидејќи разни штетници можат да се населат во дрвените делови од конструкцијата ако кората не се отстрани. Пратјето било широко користено од луѓето за правење плетени огради. Обработеното дрво во облик на греди, талпа, штици, столбови се користи за производство на трајни конструкции.
Во градежништвото, дрвото може да се користи за сите делови на градбата: за темели (во наколци или за дрвени столбови), за ѕидови (во дрвени колиби), за столбови, греди итн. Се користи како покривка на покривот во облик на ќерамиди.
Во градежништвото, дрвото е поделено на две класи: тврдо дрво и меко дрво. Првата класа ги вклучува листопадните дрвја: даб, бука, габер итн., а втората главно ги вклучува четинарите: ела , смрека, ариш, бор, но и топола. Мекото дрво има помала носивост, но е полесно за обработка и превоз од тврдото дрво и затоа се користи почесто.
7.3 Огревно дрво
Дрвото во својот чист облик може лесно да се отстрани со компостирање или согорување, а истовремено да се добие енергија. Огревното дрво како одржлива суровина покажа исклучително добра еколошка рамнотежа, бидејќи може циклично да се одгледува и да се троши. Употребените дрвени производи и отпадното дрво сè повеќе се користат како гориво и суровина во електраните засновани на биомаса. Таквата енергија се смета за неутрална во однос на испуштање. Во помалку развиените земји, дрвото сè уште е широко користено како извор на енергија за греење на простории. Со развојот на автоматски уреди за согорување засновани на дрвени пелети, дрвото како извор на енергија се покажа не само како економично, туку и погодно за овие цели на исто ниво како и маслото за греење или гасот. На пример, во Германија во 2006 година, околу 2% од примарната енергија била добиена на овој начин, што може да се смета за економски успех во однос на недостатокот на субвенции. Според податоците за 2014 година, во Босна и Херцеговина биле продадени и потрошени 1.251 милиони кубни метри огревно дрво. Според поранешни студии, се проценува дека просечната стапка на раст на дрвната маса во шумите во областа на Југоисточна Европа била околу 7 m³/ha.
Друг начин за рециклирање на дрво е високотемпературна пиролиза. Користејќи го овој метод, од дрво и други органски супстанции може да се добијат разни хемиски суровини кои ги заменуваат фосилните горива. Овој метод, исто така, ја претставува употребливоста на дрвото и другите обновливи суровини, бидејќи со исчезнувањето на фосилните горива, тие ќе станат сè поважни. Во процесот на рециклирање, дрвото го има кодот 50 (скратено: ).
8 Поврзано
* Дрво