STUDIUL LEMNULUI STRUCTURA LEMNULUI Lemnul este un material extrem de complex, n alctuirea cruia intr pri mari, vizibile cu ochiul liber, i elemente i formaii anatomice, care pot fi puse n eviden doar prin examinarea microscopic. Structura lemnului reprezint ansamblul prilor mari componente, ca i al elementelor i formaiilor anatomice din care acesta este alctuit, toate avnd caracteristice anumite forme, mrimi, proporii i moduri de asociere i fiind determinate de factori genetici i de mediu, care i pun amprenta asupra existenei generale a arborilor. Cunoaterea structurii lemnului se poate realiza prin observaii ntreprinse cu ajutorul simurilor, mai ales cu cel al vzului, precum i cu alte mijloace. n funcie de mijloacele de observare utilizate, se deosebesc urmtoarele categorii de structur a lemnului: - structura macroscopic, pus n eviden prin examinarea lemnului cu ochiul liber sau cu o lup cu putere de 10x (imaginea obinut prin mrire cu lupa nu trebuie s conin elemente n plus fa de cele vizibile cu ochiul liber); - structura microscopic, rezultat n urma examinrii lemnului cu microscoape optice; - structura submicroscopic (fin), stabilit prin examinare cu ajutorul microscopului electronic, precum i cu alte metode fizice (de exemplu, rntgenografia) i chimice, moderne. SECIUNI FUNDAMENTALE I DERIVATE ALE LEMNULUI

Fig. 1 Seciuni fundamentale (a) i seciuni derivate (b) prin lemn A seciune transversal; B seciune radial; C seciune tangenial; D seciune semiradial; E seciune oblic tangenial; F seciune circular. STRUCTURA GENERAL A PERETELUI CELULEI LEMNOASE Peretele celulei lemnoase are o structur stratificat. n finalul diviziunii celulare se formeaz aa numita plac celular, care mparte celula mam n dou celule fiice. Placa celular se transform ulterior ntr-o membran primitiv i respectiv ntr-o lamel median sau mijlocie (strat de lipire), acesasta din urm separnd complet i cimentnd cele dou

celule. Apoi pe ambele laturi ale plcii celulare se constituie peretele primar, care va delimita protoplasma fiecrei celule fiice. Lamela mijlocie mpreun cu pereii primari ai celulelor nvecinate poart numele de lamel mijlocie compus. Dup terminarea creterii prin ntindere a noilor celule, ncepe formarea peretelui secundar, care, datorit dezvoltrii mari cptate, ajunge cu timpul s constituie componenta de baz a peretelui celular i respectiv a lemnului. La alctuirea peretelui secundar particip trei straturi, notate cu S 1 , S 2 , S 3 , fiecare avnd particulariti distincte. n locul protoplasmei, consumat pentru producerea materialului intrat n componena peretelui celular, n final rmne lumenul (golul celular).. Spaiile intercelulare din punctele de ntlnire a mai multor celule se numesc meaturi. Peretele celular are din loc n loc punctuaii poriuni subiate ale acestuia, prin care se realizeaz legtura cu celelalte celule.

Fig. 1 Structura general a peretelui celular al celulelor lemnoase; M lamel mijlocie (strat de lipire); P perete primar; S 1 +S 2 + S 3 - perete secundar; L lumen (gol celular); m meat. Principalii compui chimici ai peretelui celular sunt: -celuloza, - lignina; - hemiceluloze; - pectina, - mici cantitin de siliciu, - alte substane minerale. Principala substan din compoziia chimic a peretelui celular estre celuloza. Proporia de participare a sa, superioar la nivelul ntregului perete, variaz ns puternic n timpul formrii peretelui, ca i de la un strat la altul al acestuia. Placa celular const din compui pectici, amorfi, hidrofili i foarte plastici. n celulele mature, lamela mijlocie const ndeosebi din lignin (60-90%), alturi de care se mai gsesc hemiceluloze, pectin, mici cantiti de siliciu, alte substane minerale.

Peretele primar are n alctuirea lui microfibrile celulozice, ntre care se depune o mas fundamental (matrix), amorf, care la nceputuzl formrii celulei este alctuit din substane pectice, hemiceluloze, o mare cantitate de ap i o serie de alte substane, iar mai trziu n principal din lignin. Datorit plasticitii matrixului, dimensiunile celulelor se pot mrii cu uurin. n compoziia chimic a peretelui primar, la celulele mature, ca i n cazul lamelei mijlocii, predomin lignina. Pe ansamblu, n final, n lamela mijlocie compus, aproape 70 % din compoziia sa chimic este ocupat de lignin, restul fiind celuloz (circa 10%), hemiceluloze, pectin. Fig. 2 Distribuia principalilor compui chimici n straturile peretelui celular la lemnul de rinoase: M lamel mijlocie (strat de lipire); P perete primar; S 1 +S 2 + S 3 - perete secundar Peretele secundar este constituit iniial din celuloz i hemiceluloze. Prin depunerea n continuare de microfibrile, celuloza devine, n peretele respectiv, preponderent. n acest mod peretele secundar se ngroa tot mai mult, cptnd treptat o rezisten mecanic din ce n ce mai mare. Matrixul peretelui secundar, care nconjoar microfibrilele celulozice ca un fel de membran, include aceleai substane ca i cel din peretele primar. Prezena ns n cantiti mari, a celulozei, face ca lignina s nu mai dein aici primul loc n compoziia chimic. Structura submicroscopic (fin) a lemnului Prin termenul de structur fin se neleg modalitile de dispunere n peretele celular a catenelor macromoleculare de celuloz. Mijloacele moderne de cercetare au condus la concluzia c cele mai mici formaii structurale ale peretelui celular sunt microfibrilele care se prezint ca un fascicul de macromolecule de celuloz. Acestea au un diametru mediu de 60 ntr-o microfibril se ntlnesc domenii cu ordonare ridicat a moleculelor de celuloz (zone cristaline), ce alterneaz cu domenii de dispunere haotic a acestora n spaiul tridimensional (zone amorfe). Domeniile de ordonare ridicat se numesc micele (cristaline). Acestea sunt lungi pn la 600 , cu form prismatic, n seciune de form ptrat. Domeniile amorfe au dispunerea neordonat a macromoleculelor de celuloz sub form de franjuri. Microfibrilele au o foarte bun coeziune longitudinal. Mai multe microfibrile reunite sub influena unor fore de coeziune lateral, formeaz o fibril a crei lime este de circa 1000 . Unitile structurale ale peretelui celular, superioare ca mrime i organizare fibrilelor, sunt lamelele. Numrul de lamele din alctuirea peretelui celular depinde de stratul component al acestuia, respectiv de grosimea lui.

Spaiile intercristaline, intermicrofibriliare i interfibroase sunt umplute spaial cu substane de ncrustare amorfe (lignin, pectine), hemiceluloze, ap, diverse substane dizolvate.

Fig. 3 Structura submicroscopic (fin) a peretelui celular al unei fibre libriforme: 1 cub de lemn; 2 fibr; 3 fibr libriform; 4 microfibrile; 5 micele; 6 celuloz amorf; 7 macromolecule de celuloz; 8 unitate elementar a reelei cristaline. Dispunerea neordonat a macromoleculelor de celuloz n cuprinsul zonelor amorfe, asociat formei unor franjuri, a condus la denumirea aa numitei teorii a micelelor franjurate, elaborat de Frey-Wyssling, A (fig. 4). Microfibrilele constituie un adevrat schelet al pereilor celulari. ndeprtarea celorlalte componente (hemiceluloze, lignin) i pstrarea acestora nu conduc la modificri importante

nici ale formei celulelor i nici ale proprietilor mecanice ale pereilor celulari ( Bonner, J., Varner, J. E., 1965).

Fig. 4 Schema structurii micelelor franjurate: 1 zone cristaline; 2 zone amorfe.

Orientarea microfibrilelor n peretele celular Orientarea microfibrilelor n peretele celular este predominant elicoidal i difer de la un strat la altul al acesteia. La nceputul formrii lor sunt orientate perpendicular pe axa longitudinal a celulelor. n timpul creterii celulelor dispoziia lor se schimb asemntor spiralelor unui resort care se ntinde.

Fig. 5 Orientarea microfibrilelor n peretele celular al traheidelor din lemnul de rinoase: M, M - lamele mijlocii; P perete primar; S 1 stratul exterior al peretelui secundar; S 2 stratul mijlociu al peretelui secundar; S 3 stratul interior al peretelui secundar; L lumen.

STRUCTURA MICROSCOPIC A LEMNULUI Studiul structurii lemnului efectuat cu ajutorul microscopului optic are ca obiect elementele i formaiile anatomice, precum i caracterele pereilor celulari. Acestea prezint diferite particulariti morfologice n concordan cu funciile ndeplinite n arborele n vegetaie, ca i particularitii proprii speciei sau unor uniti sistematice supra/sub specifice. n afar de influena factorilor genetici, trebuie de asemenea avut n vedere influena factorilor staionali, care i pun i ele amprenta asupra tuturor prilor componente ale structurii lemnului. Se menioneaz c pentru estimarea caracteristicilor anatomice, nu se dispune nc de mijloace practice de efectuare a msurtorilor la scar mare (Nepveu, G., Guilley, E., 1997), dei ca urmare a legturilor directe cu proprietile lemnului ele prezint o deosebit importan, oferind indici satisfctori privind calitatea acestuia. CARACTERE ALE PEREILOR CELULARI Caracterele pereilor celulari sunt reprezentate de punctuaii i ornamentaii. Punctuaii Punctuaiile sunt adaptri morfologice locale ale pereilor celulari, mai mult sau mai puin complexe, prin care se efectueaz schimbul intercelular de substane. Cercetrile ntreprinse asupra punctuaiilor, inclusiv cu ajutorul microscopului electronic, utilizat pentru prima dat n acest scop de Liesse, W. n anul 1951, au scos n eviden c o serie de caracteristici ale acestora pot sta la baza identificrii lemnului la nivel de gen i specie. Tipuri de punctuaii. n funcie de felul modificrilor locale pe care le prezint pereii celulari pentru realizarea schimbului de substane, se deosebesc mai multe tipuri de punctuaii. Cele mai frecvente i n acelai timp cele mai importante sub raportul caracteristicilor pe care le ofer pentru studiu sunt punctuaiile simple, punctuaiile areolate i punctuaiile neareolate (fig. 1). Exist de asemenea punctuaii oarbe i punctuaii ramiforme, care au ns o rspndire mai mic. Punctuaiile simple (fig. 1,a) constau din dou caviti opuse, situate n pereii secundari ai celulelor nvecinate ntre care se face schimbul de substane i dintr-o zon de separaie, alctuit din resturile pereilor celulelor respective (perei primari i lamela mijlocie), zon strbtut de perforaii fine (cu diametrul de circa 280 ) i transformat ntro diafragm permeabil. La o punctuaie simpl se disting urmtoarele pri: membrana (diafragma) 4, cavitatea 5, i deschiderea 6. n cazul celulelor cu perei secundari groi, cavitatea capt forma unui canal. Deschiderea canalului poate avea mrimea constant pe ntreaga lime a peretelui secundar, sau poate s creasc ori s se micoreze. Punctuaiile simple sunt caracteristice elementelor de vase, celulelor de parenchim i fibrelor. n general, poriunile de contact dintre celulele parenchimatice i prozenchimatice, acestea sunt mai mari. Punctuaiile areolate (fig. 1, b) constau, de asemenea, din dou caviti opuse, situate n pereii secundari ai celulelor nvecinate, dar de aceast dat parial acoperite de prelungiri ale pereilor secundari, i dintr-o zon de separaie, alctuit din resturile pereilor celulari, care ns spre deosebire de diafragma ntlnit la punctuaiile simple, acum prezint, central, o parte plin, de regul mai ngroat, sub form de disc, denumit torus i marginal, o membran cu perforaii fine, permeabil. Denumirea punctuaiilor respective provine de la forma de areol, pe care prelungirea peretelui secundar o are deasupra cavitii (areol

diminutiv de la latinescul ,,area", nsemnnd o suprafa circular, bombat, perforat la mijloc). O punctuaie areolat are, n cazul celulelor cu perei subiri, urmtoarele pri componente (fig. 1,b): membrana punctuaiei, cu torusul 7, i membrana marginal9, inelul 8, cavitatea 5, i deschiderea 6: n cazul punctuaiilor areolate de la celulele cu pereii groi (fig 1, c), apar ca pri noi: camera 10, canalul 11, deschiderea interioar 12 i deschiderea exterioar 13.

Fig. 1 Tipuri principale de punctuaii: a - punctuaie simpl; b punctuaie areolat cu pereii celulari subiri; c punctuaie areolat cu pereii celulari groi; d punctuaie semiareolat; 1 lamel mijlocie; 2 perete primar; 3 perete secundar; 4 membran ( diafragm); 5 cavitate; 6 deschidere; 7 torus; 8 inel; 9 membran marginal; 10 camer; 11 canal; 12 deschidere interioar, 13 deschidere exterioar. Punctuaiile semiareolate (fig. 1,d) au configuraie intermediar, prezentnd dou caviti opuse n pereii secundari ai celulelor nvecinate, una dintre caviti, cu marginile drepte, ca la punctuaiile simple, iar cealalt, parial acoperit, ca la punctuaiile areolate. Separaia ntre caviti se face printr-o diafragm permeabil, ca la punctuaiile simple. n componena punctuaiilor semiareolate intr pri asemntoare acelora de la punctuaiile simple, respectiv areolate, mai puin torusul i membrana marginal. Punctuaiile semiareolate se ntlnesc frecvent la contactul ntre celulele de parenchim i elementele de vase. n anumite cazuri, ca de exemplu la salcm i la unele specii tropicale, punctuaiile areolate i semiareolate au n jurul deschiderilor interioare i exterioare prelungiri simple sau ramificate ale pereilor secundari, datorit ornamentaiilor respective numindu-se i punctuaii franjurate.

Fig. 2 Punctuaii franjurate: 1 punctuaii areolate; 2 punctuaii semiareolate.

ORNAMENTAII ALE PEREILOR CELULARI ngrorile elicoidale, ngrorile elicoidale ramificate i ngrorile inelare sunt ornamentaii n relief, de forma unor linii cu mers elicoidal , elicoidal ramificat i inelar, constituite din microfibrile celulozice depuse pe suprafaa dinspre lumen a peretelui celular, care contribuie la creterea rezistenelor mecanice ale lemnului. ele se ntlnesc n cazul unor specii foioase la elementele de vase (ulm, salcm, paltin, carpen), precum i n cazul unor specii rinoase la traheidele axiale (tis, duglas) i la traheide radiale (pin silvestru, pin negru, duglas). Fig. 3 Ornamentaii ale pereilor celulari, reprezentare schematic: 1 ngrori elicoidale; 2 trabecule; 3 crasule; 4 ngrori callitriode; 5 perei celulari cu profil dinat la o traheid radial cu ngrori elicoidale neregulate.

ELEMENTELE ANATOMICE ALE LEMNULUI Prin elementele anatomice ale lemnului se neleg celulele, din care n masa lemnoas se ntlnesc numai pereii. Celulele sunt de dou tipuri dup forma pe care o au: parenchimatice i prozenchimatice. Celulele parenchimatice au pereii subiri i sunt aproximativ izodiametrice, cu dimensiunile cuprinse ntre 0,01 i 0,1 mm, n cazul lemnului. Celulele prozenchimatice au pereii mai mult sau mai puin ngroai i sunt puternic alungite, cu lungimea cuprins ntre 0,5 i 3 (8) mm, iar diametrul de 0,01 la 0,05 mm. Corespunztor raportului ntre dimensiunile ce le caracterizeaz, poziia lor fa de axa longitudinal a arborelui i funciile pe care le ndeplinesc, elementele anatomice ale lemnului se clasific astfel: a) n cazul speciilor rinoase - celule prozenchimatice: - longitudinale: - traheide longitudinale (axiale, verticale) - traheide marginale; - transversale: - traheide transversale (radiale, de raz). - celule parenchimatice: - longitudinale. - celule de parenchim lemnos longitudinal

- celule secretoare ale canalelor rezinifere longitudinale - transversale: - celule de parenchim radial (de raz, transversal, orizontal) - celule secretoare ale canalelor rezinifere transversale b) n cazul speciilor foioase: - celule prozenchematice: - longitudinale. - traheide vasculare - traheide circumvasculare (vasicentrice) - fibrotraheide - fibre (fibre libriforme, fibre lemnoase) - elemente de vase. - celule parenchimatice: - longitudinale. - celule de parenchim lemnos longitudinal; - celule de parenchim lemnos fusiform; - celule secretoare ale canalelor gumifere longitudinale. - transversale: - celule de parenchim radial (de raz, transversal, orizontal), - celule secretoare ale canalelor gumifere transversale. TRAHEIDE Traheidele sunt celule puternic alungite i nchise la capete, caracteristice lemnului de rinoase, dar se gsesc i la lemnul de foioase. La speciile rinoase se ntlnesc traheide longitudinale (axiale, verticale) traheide marginale i traheide transversale (radiale, de raz, iar la speciile foioase traheide vasculare, traheide circumvasculare (vasicentrice) i fibrotraheide. Traheide longitudinale sunt celule specifice lemnului de rinoase, n componena cruia dein o pondere covritoare (90-95%) n seciune transversal au form poligonal , de regul cu patru laturi, dar uneori i cu 5-6 laturi. n cuprinsul inelului anual, traheidele longitudinale sunt dispuse ordonat, n iruri radiale. Limea acestora, respectiv dimensiunea lor pe direcie tangenial este aproximativ constant, n schimb grosimea, respectiv dimensiunea pe direcie radial este variabil. Traheidele longitudinale din zona de lemn timpuriu a inelului anual, care ndeplinesc funcia de conducere a sevei brute au grosimea mare, lumen foarte dezvoltat. Traheidele din zona lemnului trziu, care ndeplinesc funcia de susinere, asemntor fibrelor de la foioase, au grosimea mic, lumen ngustat, perei celulari groi. n mod obinuit, traheidele timpurii sunt rotunjite la capetele lor iar cele trzii sunt ascuite. Traheidele marginale sunt mult mai scurte dect traheidele axiale avnd unul sau mai muli perei de la capete, perpendiculari pe pereii longitudinali i prevzui cu punctuaiuni areolate. Ele sunt elementele de tranziie ntre traheidele longitudinale i celulele de parenchim, alturi de care se ntlnesc. Sunt prezente la speciile rinoase n esuturi traumatice, n apropierea canalelor rezinifere, precum i la limita exterioar a inelelor anuale. Traheidele transversale sunt celule relativ scurte de form uneori neregulat dispuse cu dimensiunea mare orizontal i care intr n componena razelor. De regul sunt amplasate la

marginile de sus i de jos ale razelor i, foarte rar n cuprinsul acestora. Pereii traheidelor transversale pot fi netezi, sau au form de ngrori elicoidale neregulate sau dinai. Traheidele vasculare sunt celule scurte cu perei transversali, dispuse cap la cap n iruri longitudinale, n vecintatea vaselor, la unele specii foioase. Ele constituie elemente de tranziie ntre traheidele longitudinale i elementele de vase, crora se aseamn. Pereii transversali ai traheidelor vasculare nu sunt ns perforai, fiind prevzui cu punctuaiuni areolate. Pereii laterali au punctuaiuni areolate i prezint frecvent ngrori elicoidale Traheidele circumvasculare sunt celule de form oarecum neregulat mai lungi ca elementele de vase, dispuse n jurul vaselor lemnoase perfecte fr a forma iruri longitudinale, la speciile lemnoase cu porii aezai tipic inelar. Ele fac legtura ntre vasele lemnoase i fibre. Traheidele circumvasculare care n urma creterii vaselor lemnoase apar comprimate n seciune transversal sau sunt desprinse lateral poart numele de traheide disjunctive. Fibrotraheidele sunt celule cu pereii groi i lumen mic cu capetele ascuite, asemnndu-se cu fibrele. ELEMENTE DE VASE Elementele de vase sunt celule mai mult sau mai puin lungi, cu lumen mare, cu pereii laterali relativ subiri i perei transversali resorbii parial sau total i care prin fuzionare, cap la cap, n direcie longitudinal, formeaz traheele sau vasele lemnoase perfecte, ce servesc la circulaia sevei brute n cazul speciilor foioase. Forma elementelor de vase n seciune transversal este n strns legtur cu gruparea acestora. Se disting: - vase unitare; - vase multiple; - vase grupate; Pereii transversali resorbii ai elementelor de vase apar ca plci perforate, perforaiile acestora fiind de urmtoarele tipuri: - perforaie simpl; - perforaie multipl, - perforaie scalariform; - perforaie reticular; - perforaie foraminat; Odat cu naintarea n vrst, elementele de vase ale unor specii se obtureaz, n lemnul lor aprnd incluziuni, respectiv tile sau depuneri de substane organice Tilele sunt excrescene ale celulelor de parenchim longitudinal i de parenchim de raz din jurul elementelor de vase, ptrunse n lumenul acestora din urm prin punctuaii. FIBRE Fibrele (fibrele libriforme, fibrele lemnoase) sunt celule lungi i subiri, cu pereii n general groi, cu lumen mic, aproape liniar, nchise la capete, care constituie elemente de rezisten mecanic la speciile foioase. CELULE DE PARENCHIM Celulele de parenchim sunt celule puin alungite, alteori cu toate cele trei dimensiuni aproximativ egale, cu perei de regul subiri, prevzui cu punctuaii de diferite tipuri i care,

la arborii n picioare, n alburn, au funcia principal de depozitare a substanelor de rezerv, n perioada de repaus vegetativ. FORMAII ANATOMICE ALE LEMNULUI Formaiile anatomice sunt componente ale structurii lemnului, n alctuirea crora intr mai multe celule, uneori de tipuri i cu funcii diferite. n aceast categorie se ncadreaz razele i canalele rezinifere. RAZE Razele (denumite i raze lemnoase sau raze medulare) sunt formaii anatomice ale lemnului perpendiculare pe axa arborelui, alctuite cu precdere din celule parenchimatice i avnd ca funcie principal conducerea radial a apei i substanelor nutritive i depozitarea substanelor de rezerv. Tipuri de raze: - raze primare (medulare) pornesc din mduv i se continu pn n scoar; - raze secundare pornesc dintr-un inel anual oarecare de pe suprafaa transversal a lemnului i se continu pn n scoar; - raze omogene alctuite dintr-un singur fel de celule; - raze eterogene constituite din mai multe feluri de celule. CANALE REZINIFERE Canalele rezinifere sunt formaii anatomice tubulare, alctuite din celule secretoare i dintr-o cavitate generat schizogen, respectiv prin retragerea prii dinspre centru a pereilor celulelor secretoare. Tipuri de canale rezinifere: - normale, - traumatice, - longitudinale; - transversale. PUNGI REZINIFERE Pungile rezinifere sunt formaii anatomice cu rolul de nmagazinare i secreie a oleorezinelor. NFIAREA FIZIC A LEMNULUI 1. CULOAREA La examinarea lemnului, datorit numeroilor componeni chimici pe care acesta i conine n pereii celulari, ca i golurile celulare, pe retina ochiului ajung radiaii luminoase cu lungimi de und diferite, percepute ca un ansamblu de culori, ntre care unele sunt dominante. Definirea pe cale organoleptic a culorii lemnului unei specii se face de regul prin mai multe atribute, dintre care primul se refer la nuana dominant, numit i culoarea de baz, iar celelalte privesc restul nuanelor importante observate. La lemnul vrgat (cu inele anuale evidente) ndeosebi de rinoase, la care exist o diferen pronunat ntre aspectul zonei de

lemn timpuriu i cel al zonei de lemn trziu, aprecierea se face avnd n vedere impresia dat de ambele zone, nuana dominant fiind cea corespunztoare zonei mai late. Celuloza, substana principal din care este alctuit lemnul, are culoarea aproape alb, deosebirile de la o specie la alta fiind cauzat de celelalte substane prezente n pereii celulari ori depozitate n golurile celulare. Speciile din ara noastr i n general cele din zona temperat au culori n general mai deschise, mergnd de la alb (paltin de munte) pn la cenuiu-negricios (duramenul de nuc comun), n timp ce speciile tropicale au culori mai variate i mai vii. Spre exemplu, duramenul de pernambuc (Cesalpina sp.), care iniial are o culoare vie, portocalie, prin expunere la aer devine rou; duramenul de abanos (Diospyros sp.) este negru. Prin culoarea normal a lemnului se nelege culoarea lemnului sntos, netratat, provenit de la arbori maturi, din pri ale trunchiului fr defecte i proaspt dobort. Datorit aciunii unor factori fizici, chimici i biologici, n principal cauza oxidrii i a aciunii radiaiilor solare, culoarea lemnului se modific n timp. De acest fapt se ine cont la diagnosticarea speciilor, impunndu-se ca n cazul n care eantionul examinat este mai vechi, suprafaa lui s fie remprosptat prin rindeluire. De asemenea, prin udare, lemnul uscat i poate cpta culoarea avut n stare verde. n funcie de absena sau prezena duramenului, se deosebesc specii cu lemn unicolor, la care nu exist duramen (brad, molid, fag, paltini, mesteacn,anini, tei, carpen) i specii cu lemn bicolor, care au duramen (pini, larice, tis,, stejari, ulmi, frasin). n cazul n care la speciile cu lemn bicolor se face o singur referire la spectrul cromatic, aceasta privete duramenul. Culoarea este considerat de ctre utilizatori un parametru calitativ esenial pentru determinarea valorii comerciale a lemnului unui arbore, mai ales cnd, n raport cu forma i dimensiunile avute, acesta urmeaz s fie destinat pentru obinerea furnirului, dar i pentru alte utilizri, ca lambriuri, parchet, panouri decorative, , tmplrie fin, marchetrie (Janin, G. i Mazet, J.F., 1987). Se precizeaz c n funcie de aspectul final al produsului fabricat, preul pe m3 al lemnului de dimensiuni egale i lipsit de defecte variaz dup autorii citai ntre limitele 1-5. Literatura de specialitate dar i activitatea noastr practic n producie confirm faptul c n pdurile noastre se ntlnesc varieti ale unor specii lemnoase cu lemn mai deschis la culoare dect formele obinuite, cum este cazul cerului alb i cerului rou, bradul alb i bradul rou, precum i a fagului cu forma sa Fagus sylvatica f.leucodermis, cu lemn alb omogen, cu inele anuale nguste de lime egal i cu o proporie redus de inim roie (Georgescu, C.C., i Dumitriu-Ttranu, I.I., citai de Stnescu, V., 1979) Metode determinare cantitativ a culorii lemnului. Janin, G., i Mazet, J. F., au elaborat o metod de determinare cantitativ a culorii lemnului arborilor n picioare, folosind probe de cretere, de 5 respectiv 10 mm grosime, extrase cu burghiul Pressler. Probele extrase se aduc la umiditatea 12 %, se fixeaz cu ajutorul unui adeziv, n poziie paralel, distanat una de alta, ntr-un suport din lemn. Dup ce a avut loc priza adezivului, suportul se secioneaz, obinndu-se foi miniaturale de furnir, de 0,6 mm grosime, avnd nglobate n cuprinsul lor fii din probele de cretere, n numr de 4-5 n cazul probelor de cretere cu diametrul de 10 mm, sau de 8-10 n cazul probelor de cretere cu diametrul de 5 mm. Determinarea propriu-zis a culorii se efectueaz cu ajutorul unui spectrofotocolorimetru tip Colorquest, Hunterlab, cuplat la un calculator electronic. Msurtorile permit cunoaterea pe baze obiective a culorii lemnului speciilor forestiere i fac posibil realizarea de comparaii i clasamente, n baza unor date de ordin cantitativ, folosind scrile de culori CIELAB sau HUNTER. Culorile probelor sunt definite cu ajutorul a trei indici i anume: - L (mrimea luminanei sau strlucirii: 0 pentru negru i 100 pentru alb);

a (mrimea nuanei de rou sau verde: valori pozitive n direcia rou i negative n direcia verde); - b (mrimea nuanei de galben sau albastru: valori pozitive n direcia galben i negative n direcia bleu). Chantre, G. (1995), n cercetrile sale privind culoarea lemnului de plop, folosete un spectrofotocolorimetru mobil MINOLTA, componentele cromatice exprimndu-se n sistemul Hunterlab L,a, b. Probele examinate sunt din furnir. O alt metod. Descris de Ugolev, B.N. (1986), recurge la definirea culorii folosind trei parametrii: - tonalitatea (tenta), respectiv lungimea de und a culorii spectrale pure n mm; - strlucirea, respectiv diferena relativ dintre energia reflectat de lemn comparativ cu energia reflectat de corpurile negre, n %. Determinarea valorilor numerice ale acestor parametri, ntr-un caz dat, se efectueaz prin compararea culorii suprafeei lemnului examinat, cu imaginile unui album, special ntocmit, cuprinznd diverse tonaliti, fiecare cu diferite saturaii i strluciri. Factorii de influen privind culoarea lemnului - vrsta arborelui i vrsta inelului anual; - factorii ereditari i factorii mediului nconjurtor; - poziia n trunchi a lemnului prelucrat; - originea genetic a arborelui, - aciunea oxidant a razelor ultraviolete; - aburirea lemnului de fag, - aciunea apei asupra substanelor tanate Corelaii ntre culoarea i calitatea lemnului Culoarea poate servi la evaluarea proprietilor lemnului, ca i la detectarea unor defecte ale acestuia. Astfel, lemnul de stejar destinat fabricrii furnirului estetic de culoare alb este preferat celui de culoare mai nchis, iar acesta la rndul lui este preferat n construcii pentru duritatea mai mare i rezistena la solicitrile mecanice. Lemnul de fag pentru derulaj este preferat de culoare mai deschis, furnirul fiind mai puin deformabil. Grupe de specii forestiere din Romnia n raport cu culoarea lemnului, respectiv a alburnului (a) i duramenului (d) (dup Ghelmeziu, N.G. i Suciu, P.N., 1959): Culoarea de baz alb: - alb: paltin de munte; - alb-glbui: brad, grni (a), gorun (a), mr pdure (a), molid, paltin de cmp, pin strob (a), plop alb (a), salcie alb (a), salcm (a), scoru de munte (a), stejar (a), stejar brumriu (a), tei cu frunza mic, tis (a); - alb-glbui-roiatic: duglas verde (a), pr pdure, teialb, tei cu frunza mare, ulm de munte (a); - alb-glbiu-roz: cer (a), frasin (a); - alb-glbui-cenuiu: plopii negrii hibrizi P. regenerata (a), P. robusta (a) i P. serotina (a); - alb-roiatic: anin alb, anin negru, cire pdure, fag, mesteacn, paltin de munte, pin silvestru (a), plop alb (a), salcie alb (a); - alb-brun-deschis: castan comestibil (a), nuc comun (a); - alb-cenuiu: carpen, nuc comun (a), plop negru (a), plop negru hibrid P. marilandica (a), plop tremurtor; Culoarea de baz galben: - glbui: pin silvestru v, zmbru (a); - glbui-trandafiriu: duglas verde (d); - glbui-roiatic-roz: zmbru (d); -

-

-

glbui-brun deschis: grni (a), gorun v, stejar (a), stejar brumriu (a), stejar rou (a); glbui-brun: pin negru (d(, pin strob (d); glbui-brun-roiatic: larice (a), stejar rou (d); glbui-cenuiu: pin negru (a); galben-auriu: salcm (d); Culoarea de baz roie roiatic: salcie alb (d); roiatic-roz:: frasin (d), pin silvestru (d); roiatic-brun: cire pdure (d), pin silvestru (d), pin strob (d9, plop alb (d), salcie alb (d); Culoarea de baz brun: brun-deschis: castan comestibil (d), frasin (d), ulm de cmp (a), ulm de munte (d); brun-glbui: gorun (d), stejar (d), tis (d); brun-roiatic: gorun (d), larice (d), mr pdure(d), pin negru (d), scoru de munte (d), stejar (d), tis (d); brun-roz: duglas verde (d), nuc negru(d); brun-cenuiu: grni (d), stejar brumriu (d); brun-cenuiu-roiatic: cer (d), nuc negru (d); brun-ciocolatiu: grni (d), stejar brumriu(d), ulm de cmp (d); brun-verzui: salcm (d); Culoarea de baz cenuie: cenuiu, cenuiu-albicios: nuc comun (d), plop negru (d), plop negru hibrid P. marilandica (d); cenuiu-glbui: plopii negrii hibrizi P. regenerata (d), P. robusta (d), i P. serotina (d); cenuiu-brun: plop negru (d), plop negru hibrid P. marilandica (d); cenuiu-negricios: nuc comun (d).

Variaia culorii lemnului speciilor forestiere (dup Ghelmeziu, N. G., Suciu, P. N., 1959): Specii forestiere cu dou culori: - frasin (d): roiatic-roz sau brun deschis; - nuc comun (a): alb-cenuiu sau alb-brun deschis; - nuc comun (d): cenuiu sau cenuiu-negricios; - nuc negru (d): brun-cenuiu-rocat sau brun-roz; - paltin de munte:alb sau alb-r5oiatic; - pin silvestru (a): glbui sau alb-roiatic; - pin strob (d): glbui-brun sau roiatic-brun; - plop alb (d): alb-roiatic sau roiatic-brun; - plop negru (d) i plop negru hibrid P. marilandica (d): cenuiu-albicios sau cenuiubrun; - plopii negri hibrizi P. regenerata (a), P. robusta (a), i P. serotina (a): alb-glbui sau alb-glbui-cenuiu; - salcie alb (a): alb-glbui sau alb-glbui-roiatic; - tis (d): brun-roiatic sau brun-glbui. Specii forestiere cu mai mult de dou culori: - duglas verde (d): galben-trandafiriu pn la brun-rocat; - gorun (a). alb-glbui pn la glbui-brun deschis; - gorun (d): alb-glbui pn la glbui-brun deschis; - grni v: alb-glbui pn la glbui-brun deschis; - grni (d): brun-cenuiu pn la brun-ciocolatiu;

-

-

pin negru (d): glbui-brun pn la brun-roiatic, pin silvestru (d): roiatic-roz pn la roiatic-brun; stejar (a): brun-glbui pn la glbui-brun deschis; stejar (d): brun-glbui pn la brun slab rocat; stejar brumriu (a): alb-glbui pn la galben-brun deschis; stejar brumriu (d): brun-cenuiu pn la brun-ciocolatiu. Variaia culorii cu vrsta arborilor: - salcm (d): brun-verzui la arborii tineri, galben-auriu la arborii maturi. Specii forestiere la care arborii prezint dungi sau coloraie neuniform: cire pdure (d): roiatic-brun cu dungi verzui-roz sau violacee; grni (d): brun-cenuiu pn la brun-ciocolatiu, neuniform colorat; nuc comun (d9: cenuiu sau cenuiu-negricios, uneori cu dungi cenuiu-negricioase; nuc negru (d): brun-cenuiu-rocat sau brun-roz, uneori vrgat; paltin de munte: alb 8rareori alb-roiatic), uneori cu dungi anormale negru-cenuii; stejar brumriu (d): brun-cenuiu pn la brun-ciocolatiu neuniform colorat; tis (d): brun-roiatic sau brun-glbui, uneori cu dungi mai nchise (negricioase); ulm de cmp (d): brun-ciocolatiu cu nuane slab violacee, neuniform colorat. Modificarea n timp a culorii sub aciunea mediului ambiant: aproape toate speciile, n contact cu aerul liber i lumina solar, i schimb culoarea, pe o mic adncime, nchizndu-se; aninul alb i aninul negru: alb-roiatic n stare verde, portocaliu intens la suprafa la puin timp dup doborre i brun-rocat dup nvechire; mr pdure (a): alb-glbui iniial, trandafiriu dup expunere la soare; paltin de munte: alb (rareori alb-roiatic, prin nvechire se nglbenete; scoru de munte (d): alb-glbui iniial, trandafiriu dup expunere la soare. LUCIUL

Luciul reprezint aspectul suprafeei lemnului, generat de reflexia regulat a luminii la nivelul suprafeei acesteia. Luciul se pune n eviden prin iluminarea lateral sub un unghi adecvat de inciden a luminii, fiind cel mai expresiv pe seciunea radial, obinut prin despicare sau netezire (lefuirea este exclus). Gradul de intensitate a luciului lemnului depinde n principal de proporia de participare a unor elemente i formaii anatomice, ca raze, fibre, traheide, precum i de orientarea n spaiu a acestora n raport cu suprafaa examinat. Lemnul lucios are o suprafa cu porozitate minim. Gradul de intensitate a luciului este de asemenea influenat de prezena substanelor ncrustante i de umiditatea lemnului. Sub aciunea factorilor distructivi ai mediului (oxidare, alterare cauzat de ciuperci), luciul scade treptat n intensitate pn dispare complet. Luciul cel mai pronunat este caracteristic seciunii radiale, o contribuie important n acest caz avnd-o razele, formaii anatomice care de regul reflect bine lumina i formeaz oglinzile (excepie fac razele de anini, care, plop tremurtor, care sunt mate). Urmeaz seciunea tangenial, care uneori prezint luciu datorit lemnului trziu, iar luciul cel mai slab l are seciunea transversal. Luciul poate constitui un criteriu foarte relevant n cazul unor specii care se deosebesc greu una de alta n raport cu alte criterii, dar care se pot diferenia uor prin aceast nsuire. Spre exemplu lemnul de molid, care se aseamn bine cu lemnul de brad, prezint un luciu mai pronunat dect acesta din urm. Dup felul luciului, apreciat prin comparaie cu luciul unor materiale mai bine cunoscute, se deosebesc: - specii cu luciu mtsos (pin strob, molid),

specii cu luciu de sidef (mesteacn). Dup gradul de intensitate a luciului, speciile forestiere se pot clasifica n trei categorii: - specii cu lemn fr luciu (mat) (mr pdure, pin negru, plop alb, plop negru, tei); - specii cu lemn puin lucios (brad, tis, carpen, cire pdure); - specii cu lemn lucios ( paltin, pin strob, molid, mesteacn, stejari, frasini, ulmi, salcm, plop tremurtor). La noi, paltinii au lemnul cu luciul cel mai pronunat. TEXTURA Textura reprezint o caracteristic a suprafeelor lemnului, rezultat ca impresie vizual a naturii i respectiv a mrimii, proporiei de participare i dispoziiei elementelor i formaiilor lor anatomice. Datorit numrului mare de elemente i formaii anatomice care intr n alctuirea lemnului, n general, precum i ca urmare a variaiei mrimii, proporiei de participare i dispoziiei acestora ntre limite destul de largi, chiar la una i aceeai specie, determinarea texturii ntr-un caz dat este o operaie dificil. Prin urmare, n practic aceasta se stabilete n raport cu un numr de criterii relativ redus, dintre cele mai semnificative. Corespunztor terminologiei ncetenite n literatura tiinific de specialitate, textura lemnului se stabilete prin atribute cum sunt: fin mijlocie grosier; omogen eterogen; uniform neuniform;, crora le corespund criterii concrete bine precizate: - textur fin au speciile rinoase cu traheide de lime mic, diferen redus ntre lemnul timpuriu i cel trziu, inele anuale nguste i grad ridicat de uniformitate (tis, larice), precum i speciile foioase cu pori, raze, zone de fibre, i zone de parenchim de dimensiuni mici i cu distribuie uniform i avnd inele anuale slab distincte sau nedistincte cu ochiul liber (nuc comun, paltin de munte, mesteacn); - textur grosier au speciile foioase cu raze late, zone de fibre i zone de parenchim bine evidente, fiecare dintre aceste formaii structurale contrastnd clar fa de restul lemnului nconjurtor (stejari, frasini, salcm, ulmi); - textur mijlocie au speciile cu caracteristici intermediare celor cu textur fin i textur grosier (pin silvestru, castan comestibil); - textur omogen au speciile la care zonele de lemn timpuriu i de lemn trziu nu sunt deloc evidente, precum i cele la care zona de lemn timpuriu se difereniaz ndeosebi doar ca urmare a unei frecvena sporite a porilor, n rest lemnul format n prima parte a perioadei de vegetaie avnd particulariti structurale i proprieti asemntoare celui format ulterior (lemn trziu). Din aceast categorie fac parte speciile cu pori mprtiai i cele cu pori aezai semiinelar; - textur eterogen au speciile la care zonele de lemn timpuriu i de lemn trziu sunt bine reliefate n cuprinsul inelului anual, respectiv speciile rinoase i speciile foioase cu pori aezai tipic inelar; - textur uniform i respectiv neuniform se apreciaz mai ales n funcie de uniformitatea inelelor anuale i mai puin n funcie de particularitile structurale i de proprietile lemnului n cuprinsul inelelor anuale. Au textur uniform tisa, laricele, textur mai mult sau mai puin uniform gorunul, stejarul, i textur neuniform duglasul verde. Uneori textura se apreciaz examinnd suprafeele nefinisate ale lemnului prin pipit, sau observnd comportarea acestuia la prelucrarea cu diferite scule, ndeosebi la tierea cu cuitul. Rezultatele se consider concludente, ntruct calitatea suprafeelor nefinisate, ca i modul de comportare la prelucrare depind de structur. n linii mari lemnul apreciat pe baza impresiei vizuale ca avnd textur fin sau textur omogen este fin att dup impresia

produs la pipit, ct i dup modul de prelucrare. n acest caz uneori se folosete i denumirea de textur moale. Pe de alt parte, lemnul cu textur grosier sau cu textur eterogen este apreciat ca avnd textur aspr, el fiind aspru la pipit i prelucrndu-se mai greu. DESENUL Prin desen se nelege imaginea dat de jocul de linii, dungi, pete i puncte de diferite nuane de culoare, creat de ansamblul particularitilor de structur pe suprafeele produselor realizate din acest material i caracteristic fiecrei specii lemnoase. Se precizeaz c imaginea oferit de seciunea transversal, dei considerat n literatura tiinific de specialitate tipic pentru speciile forestiere, nu se ncadreaz n sfera noiunii de fa, ntruct, n practic, seciunea respectiv se ntlnete foarte rar la obiectele realizate din lemn, care prezint aproape ntotdeauna seciuni longitudinale, radiale i tangeniale. La alctuirea desenului particip n principal unele caractere ale structurii, cum sunt inelele anuale, zonele de lemn timpuriu, i de lemn trziu, razele, vasele i fibrele. n anumite cazuri, o contribuie nsemnat au, de asemenea, nodurile, prin forma, mrimea i gruparea lor, ca i prin buclele pe care acestea le produc, datorit devierii fibrelor.. Totodat pot participa la crearea desenului unele defecte ca de exemplu, fibra ondulat, excrescenele, ovalitatea, excentricitatea i canelura trunchiului. Alturi de toate aceste particulariti structurale, un rol la fel de important n realizarea desenului l are poziia planului de secionare n raport cu inelele anuale. Printr-o direcionare judicios aleas, planul de secionare poate asigura evidenierea acelor elemente care ndeplinesc condiia de a fi reprezentative n ceea ce privete specia i de a avea concomitent, o valoare estetic ridicat. n lucrrile de identificare macroscopic a lemnului, desenul constituie un criteriu preios ndeosebi n cazul speciilor care ofer imagini bine reliefate, cu diferenieri pregnante ale particularitilor structurale. n aceast categorie intr speciile foioase, cum sunt nucul comun, stejarii. Frasinul, ulmii, speciile rinoase, ca laricele i tisa. Cu ajutorul desenului se poate totodat deosebi cu precizie grupul speciilor foioase de cel al speciilor rinoase. Exist ns i situaii cnd, pe aceast cale, nu se poate depi grania genului i uneori, ce de exemplu n cazul lemnului de rinoase, nu este posibil stabilirea nici chiar a genului. Speciile forestiere avnd lemnul cu structur normal se grupeaz sub raportul tipurilor de desen astfel: - specii fr desen caracteristic, la care particularitile de structur nu ies n eviden, iar porii i razele nu se disting cu ochiul liber (slcii, plopi, tei); - specii cu desen simplu, din linii longitudinale drepte, continui, denumit i desen riglat sau dungat, la care pe seciunea radial se observ zonele de lemn trziu mai late, bine conturate, ca o succesiune de benzi paralele (brad, larice, pini); - specii cu desen din oglinzi de diferite limi i forme, la care pe seciunea radial sunt prezente zone lucioase transversale, reprezentnd razele sub form de linii, benzi, solzi (paltini, ulmi, fag, stejari); - specii cu desen din striaiuni longitudinale, la care pe seciunea radial se remarc benzi paralele puternic striate, reprezentnd vasele, ce formeaz lemnul timpuriu, alternnd cu benzi mai netede de lemn trziu, cu striaiuni mai rare, uneori foarte fine (cazul speciilor cu pori aezai tipic inelar: stejari, ulmi, frasin, salcm, castan comestibil); - specii cu desene din zone curbe, mai mult sau mai puin parabolice, date de alternana, pe seciune tangenial, a lemnului timpuriu mai deschis la culoare n cazul speciilor rinoase, sau a lemnului puternic striat n cazul speciilor cu pori aezai inelar, cu cea a lemnului trziu de culoare mai nchis, respectiv mai neted, contrastul dintre zone fiind foarte expresiv (brad, larice, pini, stejari, ulmi, frasin, salcm);

specii cu desen din linii longitudinale ntrerupte, uneori combinat cu desen din zone curbe parabolice, la care pe seciunea tangenial se observ razele, pe de o parte, i zonele de lemn timpuriu i trziu, pe de alt parte. Un caz particular l constituie desenul din lenticele ntlnit la fag, la aceast specie, razele, potrivit de nalte i foarte dese, avnd pe seciunea tangenial, forma lenticular. Speciile forestiere avnd lemnul cu grupri de noduri mici din muguri dorminzi sau cu anomalii de structur se grupeaz sub raportul tipului de desen astfel. - specii cu desen sub form de ochi de pasre, urm de lup, urm de pisic, coad de pun, lab de urs, la care pe seciunile radial sau tangenial ale lemnului se remarc reprezentri cum sunt cele menionate, datorit gruprii n diferite feluri a nodurilor mici, precum i ca urmare a buclelor rezultate prin devierea fibrelor (paltini, anini, mesteacn, plopi, frasin, ulmi); - specii cu desen ondulat sau vlurat, denumit i specii cu fibr crea, la care pe seciunile radial sau tangenial ale lemnului se observ zone cu fibre paralele i uor sinuoase, sub forma unor valuri lungi sau nguste, regulate sau neregulate, ce ies n eviden datorit efectelor de lumin ale prilor lor convexe i concave (paltin de munte, frasin); - specii cu desen moarat sau cu ape, la care pe seciunea radial apar fii paralele strlucitoare alternnd cu fii mate, datorit devierilor combinate i alternante ale fibrelor (pr pdure, tei); - specii cu desen din zone curbe mari, largi, neregulate, uneori combinat cu desen sub form de ochi de pasre, generat pe seciune radial i tangenial, mai ales la lemnul de buturug, de excrescene mari i neregulate, fibr nclcit i de noduri mici izolate sau grupate n cuiburi (nuc comun, plopi, ulmi, pr pdure); MIROSUL Mirosul este proprietatea lemnului dat de percepia olfactiv a emisiilor volatile, generate de unele substane ncrustate n pereii celulari sau depozitate n golurile acestora. Lemnul verde, sntos, proaspt dobort, are miros. Treptat prin uscare, mirosul se atenueaz, pentru ca n final s dispar au s se schimbe. Lemnul uscat i poate reactiva mirosul prin umezire, prin nclzire sau prin remprosptarea suprafeei prin tiere. Felul mirosului se poate aprecia prin asocierea cu mirosuri de alt provenien, suficient de expresive ca de exemplu: - miros de rin ; - miros de taninuri, - miros de coaj de nuc sau migdale; - miros de cumarine; - miros de mucegai; - miros rnced, - miros neplcut, Dintre speciile exotice se remarc mirosul de santal (Santalum album) cu miros aromatic, folosit de mii de ani pentru confecionarea de evantaie parfumate i de beioare de ars, lemnul de palisandru brazilian (Dalbergia nigra) cu miros de trandafir. Intensitatea mirosului se exprim prin termenii: - miros puternic; - miros slab, - miros neptor; Gradul de persisten a mirosului. Miros aromatic de rin dup uscare are lemnul de zmbru. n cazul bradului dup uscare se pierde complet mirosul.

-

Folosirea mirosului n cazul lucrrilor de identificare a speciilor forestiere are o importan relativ redus, datorit pe de o parte intensitii sale slabe la aproape toate speciile de la noi, ct i din cauza dificultilor privind definirea lui. GUSTUL Gustul lemnului se datoreaz substanelor solubile n ap. Aflate n lemn. Gustul caracteristic diferitelor specii se determin la lemnul verde, proaspt dobort. Gustul poate fi: acrior, dulceag, astringent, amar, etc. DENSITATEA Gruparea speciilor forestiere principale pe clase de densitate: - specii cu lemn uor: anin alb, anin negru, brad, duglas verde, molid, pin silvestru, pin strob, plop alb, plop negru, plopi negrii hibrizi, salcie alb, tei alb, tei cu frunza mare, tei cu frunza mic, zmbru; - specii cu lemn potrivit de greu: castan comestibil, cire pdure, larice, mlin, mesteacn, nuc negru, paltin de munte, pin negru; - specii cu lemn greu: cer, frasin, grni, gorun, mr pdure, nuc comun, paltin de cmp, pr pdure, salcm, stejar, stejar brumriu, stejar rou, tis, ulm de cmp, ulm de munte; DURITATEA Duritatea se stabilete prin apsarea unghiei pe suprafaa transversal a eantionului supus observaiei. n funcie de rezistena ntmpinat la apsare i inndu-se cont de rezultatul comparaiei cu speciile cunoscute, eantionul examinat se ncadreaz ntr-una din urmtoarele clase de duritate: - lemn foarte moale; - lemn moale; - lemn potrivit de tare, - lemn tare. Gruparea speciilor forestiere principale pe clase de duritate: - specii cu lemn foarte moale: pin strob; - specii cu lemn moale: anin alb, anin negru, brad, duglas verde, larice, mlin, mesteacn, molid, nuc negru, pin negru, pin silvestru, pin strob, plop alb, plop negru, plopi negrii hibrizi, plop tremurtor, salcie alb, tei alb, tei cu frunza mare, tei cu frunza mic, zmbru; - specii cu lemn potrivit de tare: castan comestibil, stejar rou, ulm de cmp, ulm de munte; - specii cu lemn tare: carpen, cer, cire pdure, fag, frasin, grni, gorun, mr pdure, nuc comun, paltin de cmp, paltin de munte, pr pdure, stejar, stejar brumriu, tis; COMPOZIIA CHIMIC A LEMNULUI Primele studii sub raport chimic privind lemnul dateaz de la nceputul secolului al XIX-lea, aspectele cercetate iniial fiind legate de compoziia sa elementar. Mult vreme dup acest moment, lemnul a fost considerat o simpl hidrocarbur, format din carbon i hidrogen, n diferite proporii. Dup anii 1916-1919, prin punerea la punct a unor metode de analiz din n ce mai adecvate, au nceput s fie abordate noi aspecte, cu date tot mai bine fundamentate ce au asigurat de-a lungul timpului adncirea cunotinelor n domeniu.

COMPOZIIA CHIMIC ELEMENTAR A LEMNULUI Lemnul este alctuit dintr-o serie de substane organice n a cror compoziie intr carbon (48-51 %), oxigen (41-44 %), hidrogen (6-7 %), azot (0,04-0,20 %), precum i din substane minerale, proporiile de participare fiind raportate la masa acestuia n stare absolut uscat. Azotul, prezent n cantiti foarte reduse, se afl n compuii care se formeaz n stadiile timpurii ale creterii celulelor. Cnd lemnul conine alcaloizi, azotul se gsete n cantiti sporite. Unele date privind compoziia elementar a lemnului sunt precizate n tabelul urmtor. Compoziia elementar, n procente, a lemnului de alburn aparinnd unor specii forestiere Partea component Carbon Oxigen Hidrogen Azot Elemente minerale Molid 50,0 43,5 6,0 0,2 0,3 Pin 50,2 43,4 6,1 0,2 0,2 Larice 49,6 44,2 5,8 0,2 0,2 Stejar 49,2 44,2 5,8 0,4 0,4 Fag 48,9 44,5 5,9 0,2 0,5

Domeniul de variaie foarte restrns ale cantitilor din elementele prezentate n tabel atest faptul c, din acest punct de vedere, speciile forestiere difer ntre ele ntr-o foarte mic msur. Variaia cantitativ a elementelor respective sufer ns modificri substaniale n lemnul a crui sntate a avut de suferit, ca de exemplu n cazul celui atacat de putregai rou i de putregai alb. Cenua rezultat la arderea lemnului, conine elementele chimice: calciu, potasiu, sodiu, magneziu, fier, siliciu, i n cantiti mici fosfor i sulf. n proporii limitate exist de asemenea aluminiu, mangan, bor, taliu, plumb, zinc, cupru, .a. Simionescu, Cr. i colab. (1964), subliniaz c analizele spectrale ale cenuii de pin strob au pus n eviden existena a 27 elemente. COMPONENII CHIMICI AI LEMNULUI Lemnul este constituit din componeni chimice principali i secundari, formai n arbori ca urmare a activitii lor fotosintetizante, dar i a transformrii substanelor organice primare sintetizate. Cteva date cantitative, privind prezena n lemn a acestor componeni se prezint n tabelul urmtor Proporia de participare a unor componeni chimici n lemnul de rinoase i foioase Componeni chimici Celuloz Hemiceluloze, din care: - pentozani; - hexozani, - acizi poliuronici. Lignin Substane extractibile cenu Rinoase % 50-57 % 20-26 10-12 13-14 28-34 5-10 0,2-1,7 Foioase % 42-52 23-28 16-23 18-27 5-10-0,2-1,7

Dac sub raportul compoziiei chimice elementare, aa cum s-a vzut, datorit caracterului ei relativ uniform, lemnul putea fi apreciat ca destul de omogen, prezena sau

absena unora din aceti componeni, precum i proporiile diferite de participare a lor dau materialului lemnos n spe o puternic not de variabilitate. Determinarea cantitativ a componenilor chimici ai lemnului este o operaie dificil. Ea rmne ns deosebit de necesar sub raport att tiinific ct i practic, n ciuda faptului c numeroasele particulariti specifice acestuia fac ca metodele de analiz a lui s rmn nc suficient de inexacte. Astfel, drept rezultat, structura ca i proprietile fizice, mecanice i tehnologice ale lemnului, dependente de constituia lui chimic i aflate sub influena factorilor genetici i ai mediului nconjurtor, pot fi nelese mult mai bine. Pe de alt parte, datele privind compoziia chimic pot permite stabilirea celor mai adecvate tehnologii de conservare, prelucrare i ameliorare a nsuirilor lemnului. Limitele domeniului de variaie privind prezena unor componeni chimici n lemnul ctorva specii forestiere din Carpaii Orientali (Simionescu, Cr. i colab. 1964).

COMPONEI CHIMICI PRINCIPALI Componenii chimici principali ai lemnului sunt holoceluloza i lignina. Holoceluloza reprezint un complex de hidrai de carbon, cu grade de polimerizare diferite. n alctuirea sa intr celuloz, hemiceluloze i pectin. CELULOZA Celuloza este un compus macromolecular, cu structur fibrilar, rezultat prin policondensarea unui numr diferit de uniti de D-glocoz i avnd formula empiric

(C 6 H 10 O 5 ) n , n care n reprezint gradul de polimerizare. Formula structural a acesteia se prezint n figura urmtoare.

Formula structural a celulozei Numrul de resturi de D-glocoz (legtura dintre dou uniti de D-glucoz se realizeaz prin eliminarea unei molecule de ap) este cuprins dup unii autori ntre 300 i 2000, iar dup ali autori poate ajunge la 5000-10000 i chiar mai mult. Dup datele din literatura de specialitate, n cazul unor specii forestiere gradul de polimerizare ia urmtoarele valori: - la molid 3300 dup Mark, H. i 1600-3200 dup Rnby, B. G.; - la carpen 3050 dup Mark, H.; - la plop tremurtor i brad circa 2500 dup Heuser, E. La molid i fag, dup Simionescu, Cr. i colab. (1964), gradul de polimerizare ar fi mai mare la arborii mai tineri. Masa molecular medie a restului de D-glucoz este162. Ponderea unitilor elementare de D-glucoz n masa celulozei este de circa 98 %. Lungimea unui rest de D-glucoz msoar 0.515 nm, astfel c lungimea unei macromolecule de celuloz poate ajunge la 3-5 m. Dimensiunile transversale ale macromoleculei de celuloz, dup Frey-Wyssling, A., sunt 0,4x0,8 nm. n compoziia elementar a celulozei particip carbonul (44,44 %), oxigenul (49,34 %) i hidrogenul (6,22 %). n pereii celulari, celuloza are rolul unei substane de schelet, alturi de ea gsindu-se restul componenilor lemnului, care au funcii de substane liante sau de cimentare i de substane ncrustante. Se precizeaz c celuloza, n calitate de component chimic, difer de celuloza tehnic, aceasta din urm obinndu-se pe cale industrial, prin dezincrustarea (fierberea) lemnului i coninnd i unele substane cu care cea dinti este asociat n pereii celulari. Culoarea celulozei este alb. Macromoleculele de celuloz au form de lan i manifest tendina de a realiza legturi de hidrogen intra i intermoleculare. Ca o consecin a structurii fibroase i a legturilor puternice de hidrogen n direcie longitudinal, celuloza are o rezisten mare la traciune. Se remarc faptul c legturile chimice mult mai puternice pe direcie longitudinal dect legturile laterale contribuie la comportarea anizotrop a lemnului. Aa cum s-a artat n capitolele anterioare, mai multe macromolecule de celuloz se asociaz n microfibrile, n care domeniile cu organizare ridicat (cristaline) alterneaz cu

domeniile mai puin ordonate (amorfe). Raportul dintre celuloza cristalin i celuloza amorf poart numele de grad de cristalinitate. Cu ct gradul de cristalinitate a celulozei este mai ridicat, cu att rezistena la degradare, ndeosebi datorit alcaliilor, este mai mare. Celuloza este un compus polidispers, adic are n componena sa catene macromoleculare cu grade de polimerizare diferite. Pe baza analizelor ntreprinse asupra preparatelor celulozice din lemn obinute prin diferite procedee, n masa acestora au fost puse n eviden trei fraciuni, denumite , i celuloz, cu grad de polimerizare la prima mai mare de 100, la a doua cuprins ntre 10 i 100 i la a treia mai mic de 10. Cu ct coninutul de celuloz al unui preparat celulozic este mai ridicat cu att calitatea acesteia este mai bun. La celuloza obinut prin procedeul sulfat din lemnul unor arbori seculari din Carpaii Orientali, Simionescu, Cr. i colab. (1964) au determinat urmtoarele valori ale coninutului de -celuloz: la brad 86,09 90,54 %; molid 84,77 -89,36 %; fag 85,77 90,45 %. Metodele de determinare cantitativ a celulozei se bazeaz pe relativa sa stabilitate fa de diferii reactivi utilizai i pe capacitatea celorlali componeni chimici ai lemnului de a fi solubilizai de ctre acetia. n toate cazurile au ns loc i unele degradri ale ei, cu efect mai mare sau mai mic asupra rezultatelor. Prin proporia sa mare n compoziia lemnului n jur de 50 %, celuloza este cel mai important component chimic al lemnului i prin aceasta determin n mare msur proprietile fizice, mecanice i tehnologice. Cantitatea de celuloz difer n funcie de specia forestier. Astfel, speciile rinoase au un coninut superior de celuloz comparativ cu speciile foioase. De asemenea, lemnul trziu are un coninut mai mare comparativ cu lemnul timpuriu. Unul dintre indicii utilizai pentru caracterizarea lemnului diferitelor specii forestiere este aa numita cifr de raport celuloz/lignin. Ea exprim gradul de participare a celulozei, n comparaie cu lignina, n compoziia chimic a lemnului, interesnd n producia papetar. n general cu unele excepii, cifra de raport este mai mic de 2 la speciile rinoase i mai mare dect 2 la speciile foioase. Coaja arborilor i mai cu seam ritidomul au un coninut de celuloz mult inferior lemnului. Celuloza este un compus foarte rezistent din punct de vedere chimic. Ea nu se dizolv n ap i nici n majoritatea solvenilor organici. n contact cu acizii minerali concentrai se dizolv, solubilizarea fiind nsoit de hidroliz. n cadrul procesului respectiv, legturile dintre verigile macromoleculelor de celuloz se rup, avnd loc descompunerea acesteia n molecule de D-glucoz constitutive. La aciunea alcaliilor, pe ln reacia chimic, se produce un proces de umflare. Celuloza extras din lemn prin diferite tratamente chimice este un produs extrem de valoros, cu multiple utilizri. Ea este larg folosit n fabricarea hrtiei i cartoanelor. Din celuloz se obin de asemenea etilceluloza (necesar n fabricarea peliculelor, a lacurilor i maselor plastice, a emulgatorilor), metilceluloza (folosit ca substan de ncleiere), nitraii de celuloz (pentru fabricarea lacurilor, celuloidului, pulberii fr fum), acetaii de celuloz (pentru realizarea maselor plastice, mtsii artificiale, filmelor electroizolante), xantogenaii de celuloz (pentru vscoz). D-glucoza rezultat la hidroliz poate fi transformat prin fermentaie n alcool etilic. Capacitatea ridicat de degradare hidrolitic a polizaharidelor de ctre ciupercile care produc putregaiul moale (cazul speciei Chaetomium globosum), pus n eviden de o serie de autori (Moo-Young, M. .a., 1978; Varadi, J., 1972; Simionescu, Cr. .a., 1990), menionai de Gzdaru, V., (1998), a condus la promovarea cercetrilor privind utilizarea acestora n procesul de valorificare pe cale fermentativ a subproduselor celulozice de provenien industrial.

HEMICELULOZE Hemicelulozele sunt o grup de polizaharide necelulozice neuniforme n ceea ce privete compoziia chimic, cuprinznd pentozane (xilan, araban) cu formula empiric (C 6 H 10 O 5 ) n i compui de tip mixt (araboxilan, arabogalactan, galactomanan), avnd rolul de substane liante sau de cimentare n pereii celulari, precum i de substane de rezerv i protecie. Pentozanele i hexozanele constituie rezultatul policondensrii monozaharidelor cu 5 i respectiv 6 atomi de carbon (xiloz, arabinoz, manaz, galactoz), de la ceste provenindu-le i denumirea. n pereii celulari, hemicelulozele sunt strns legate chimic de restul compuilor, motiv pentru care nu pot fi extrase dect dup delignificarea prealabil a acestora. Masa molecular a hemicelulozelor este mult mai mic dect a celulozei. Gradul de polimerizare are de regul valoarea 150 -200, dar pot fi i hemiceluloze la care acesta ajunge doar la 30. Lanurile de polimeri mult mai scurte i n acelai timp foarte ramificate mpiedic formarea de reele cristaline n cazul hemicelulozelor. Denumirea de hemiceluloze, dat de Schulze, F., n 1891, semnific faptul c, spre deosebire de celuloza pe care acestea o nsoesc n pereii celulari, ele sunt mai uor hidrolizate cu acizi i se pot dizolva n soluii diluate de alcalii. De reinut c n prezena soluiilor alcaline, hemicelulozele se umfl puternic, separndu-se de scheletul celulozic. Actualmente, n unele lucrri, hemicelulozele i, alturi de ele, pectinele, sunt cunoscute i sub numele de polioze. Hemicelulozele sunt destul de bine reprezentate n lemnul speciilor forestiere. Cu un coninut de 23-28 %, lemnul speciilor foioase este mai bogat n aceti compui dect cel al speciilor rinoase, care conin numai 20-26 %. Limitele de variaie ale xilanului, caracteristic speciilor foioase, mananului, caracteristic speciilor rinoase i galactanului, aflat n proporii reduse n cazul ambelor categorii de specii, sunt prezentate n tabelul urmtor Coninutul de xilan, manan, i galactan al lemnului de rinoase i foioase Tipul de polizaharid Xilan Manan galactan Specii rinoase % 5-10 20-25 0,5-3 Specii foioase 25-30 3-5 0,5-2

Pentozanele au n general o poziie predominant n totalul hemicelulozelor, proporia care le revine apropiindu-se de jumtate n cazul speciilor rinoase (10-12 %) i ajungnd la dou treimi n cazul speciilor foioase (16-23 %). Din pentozan se prepar industrial furfurolul, un produs deosebit de important pentru obinerea de colorani, mase plastice, rini sintetice, insecticide, medicamente. Alte produse care se pot obine din hemiceluloze, avnd n vedere hexozanele, sunt etanolul i drojdiile furajere. De reinut c zaharurile de tipul pentozelor rezultate prin hidroliza pentozanelor, spre deosebire de cele de tipul hexozelor rezultate prin hidroliza hexozanelor, nu fermenteaz pentru a da alcoolul etilic. PECTINA Pectina este un complex coloidal de polizaharide neomogene, avnd component principal acidul pectic, legat de obicei de araban i galactan, prin legturi de natur fizic i chimic. Acidul pectic are forma unei catene macromoleculare filiforme, constituit din uniti elementare de acid D-galacturonic, ale crui grupri carboxil sunt parial esterificate cu

alcool metilic i parial neutralizate cu cationi n special Ca2+ i Mg2+. Substan amorf pectina este foarte hidrofil, conducnd la umflarea lemnului n prezena apei. n prezena alcaliilor se umfl puternic, separndu-se uor de fraciunea celulozic. Pectina intr n alctuirea lamelei mijlocii i, n cantiti foarte mici, n compoziia matrixului din pereii celulari. Ponderea ei n ansamblul structurii pereilor celulari descrete n mod substanial odat cu maturizarea celulelor i cu prezena tot mai consistent a celorlali compui chimici n cuprinsul acestora. Concomitent, din cauza creterii proporiei noilor compui, pereii celulari i pierd treptat plasticitatea, devenind rigizi i cptnd o mare rezisten fizico-mecanic. Coninutul de pectin al lemnului, att n cazul rinoaselor , ct i al foioaselor, este de circa 1 %. LIGNINA Lignina este un compus macromolecular amorf, cu caracter aromatic, complex, format din uniti elementare fenilpropanice, monomeri care n molecula lor conin inele benzenice. Dup natura i numrul gruprilor pe care le au grefate, unitile elementare fenilpropanice sunt numite uniti guaiacil, siringil i hidroxibenzoil. Din valorile privind proporia de participare a acestor uniti n compoziia chimic a lemnului, se remarc diferene importante ntre speciile rinoase i foioase. Structura ligninei este lipsit de regularitatea caracteristic altor polimeri naturali. Ea are caracteristic o polidispersie nsemnat. Lignina este aproape cu totul insolubil n solveni i nu hidrolizeaz pn la uniti monomere constitutive. Din punct de vedere chimic, este mai puin rezistent dect celuloza. Lignina natural se oxideaz uor, hidrolizeaz cu acizii, se dizolv la nclzire n alcalii, ca i n soluii de acid sulfuros n ap, interacioneaz cu clorul. Asocierea intim cu celuloza i celelalte substane, ca i nsuirile ei fizice i chimice fac ca izolarea ligninei n vederea determinrilor cantitative s conduc la modificri mai mult sau mai puin accentuate ale ei, fapt ce se repercuteaz negativ asupra rezultatelor obinute. n compoziia elementar a ligninei se ntlnesc carbonul (circa 64 %), hidrogenul (circa 6 %), i oxigenul (circa 30 %) Lignina constituie un produs final al metabolismului arborilor, jucnd un rol extrem de important n viaa acestora. Ea joac un rol primordial n formarea structurii lemnului, acionnd ca un ciment intercelular i asigurnd o coeziune nalt ntre microfibrilele celulozice i hemiceluloze. Lignina este o surs potenial de produse fenolice pentru industria sintezelor organice, n industria cauciucului, obinerea negrului de fum, industria pielriei, etc PROPRIETI FIZICE ALE LEMNULUI UMIDITATEA ELEMENTE GENERALE Prin umiditatea lemnului se nelege cantitatea de ap coninut de ctre acesta , exprimat n raport cu masa sa. Lemnul este n permanent relaie cu apa. n arborii vii pentru a se produce o ton din acest material , este necesar o cantitate de ap de 600-700 t. Dup doborrea arborilor i ncorporarea sa n diverse produse , lemnul pstreaz o cantitate rezidual de ap, aflat continuu sub influena mediului nconjurtor. Avnd n vedere c apa constituie un factor fizic ce influeneaz aproape toate proprietile lemnului, este necesar ca la comparaiile privind

diversele nsuiri ale acestuia, datele puse fa n fa s fie stabilite n condiii de umiditate egal. Categorii de lemn n funcie de umiditatea coninut. n raport de umiditatea coninut se deosebesc mai multe categorii de lemn: - lemn verde este lemnul arborilor n picioare sau proaspt dobori, cu umiditate de peste 30 %; - lemn ud este lemnul cu umiditate mai mare dect cea avut la doborre, surplusul datorndu-se pstrrii n bazine cu ap, plutirii sau altor cauze; - lemn uscat n aer liber (lemn uscat natural sau uscat la aer) este lemnul inut timp ndelungat n aer liber i ajuns la umiditate de echilibru cu mediul nconjurtor. Umiditatea lemnului uscat n aer liber depinde de umiditatea relativ a aerului atmosferic i variaz ntre 12 i 15 %; - lemn uscat artificial este lemnul care a fost supus uscrii ntr-o instalaie special, pentru a atinge o umiditate de 7-12 %, mai mic dect cea realizat prin uscarea n aer liber; - lemn absolut uscat (lemn anhidru, lemn sec) este lemnul uscat la temperatura de 10320 c, pn la evaporarea complet a apei (W=0%). Se menioneaz c aceast stare a lemnului se poate realiza doar n condiii de laborator i uscnd piese de dimensiuni mici. Exprimarea umiditii lemnului. Umiditatea lemnului este dat de raportul dintre masa apei coninut n lemn i masa lemnului n stare absolut uscat:W=m w m0 m0 m w m0 m0

[kg/kg] . 100 [%]

(1) (2)

sauW=

n relaia (1) i (2), mw fiind masa lemnului umed i m0 masa lemnului absolut uscat. Umiditatea lemnului dat de relaiile (1) i (2) este cunoscut sub denumirea de umiditate absolut. Uneori, de exemplu la determinarea coninutului de ap din lemnul pentru mangalizare i combustibil, se folosete i noiunea de umiditate relativ. Umiditatea relativ se determin prin raportul dintre masa apei coninut n lemn i masa lemnului n stare umed, simbolurile din relaiile (3) i (4), avnd aceeai semnificaie ca i n relaiile (1) i (2).Wx = Wx =m w m0 m0 m w m0 m0

[kg/kg] . 100 [%]

(3) (4)

Fcnd nlocuirile necesare , rezult c ntre umiditatea absolut i umiditatea relativ exist urmtoarele relaii:

W=respectiv:

Wx 1 Wx

[kg/kg] sau Wx =

W [kg/kg] 1+W

(5) i (6)

W=

100.W x 100.W [%] sau W x = [%] (7) i (8) 100 + W 100 W x

n figura se reprezint grafic legtura dintre umiditate (umiditatea absolut) i umiditatea relativ.

Fig. Legtura dintre umiditate (umiditatea absolut) i umiditatea relativ a lemnului (dup Beldeanu, 2008) Umiditatea absolut poate lua valori mai mari de 100 %, ntruct masa apei poate depi masa lemnului absolut uscat n care aceasta este coninut. UMIDITATEA DIN PEREII CELULARI Higroscopicitatea lemnului. Prezena apei n lemn se datoreaz higroscopicitii acestuia, respectiv proprietii sale de a prelua i reine din mediul ambiant umiditate, n stare lichid sau de vapori, prin mecanismele complexe, acionate de fore de natur chimic (chemisorbiune) i fizic, asociate cauzal elementelor din structura lemnului - perei celulari i goluri. Principalul element chimic higroscopic al lemnului l constituie hemicelulozele, compui care se remarc prin aviditate accentuat pentru ap ct i prin proporia mare de participare a lor n masa lemnului. Comparativ cu hemicelulozele, celuloza i mai cu seam lignina au un caracter mai puin hidrofil. Influena diferit a acestor compui asupra higroscopicitii se exprim i prin deosebirile mari privind umiditatea de echilibru a lor n apropierea punctului de saturaie a fibrei (4763 % la hemiceluloze i numai 8-23 % la lignin). Un rol important n ceea ce privete sorbia umiditii l are suprafaa interioar apreciabil a lemnului. Spaiul gol coninut de acesta reprezint de exemplu ntre 25 i 85 % din volumul su, iar suprafaa interioar corespunztoare ajunge n timpul umflrii la 20-280 m2/cm3 de lemn. Umiditatea din lemn este localizat n pereii celulari, precum i n golurile celulare i spaiile intercelulare. Umiditatea din pereii celulari se poate afla n stare disociat n dipoli, legat de grupele OH libere (apa molecular sau de constituie) i n stare de vapori i pelicule lichide. Ambele forme alctuiesc aa numit ap legat sau ap higroscopic. Apa din golurile celulare este n stare lichid, numindu-se ap liber.

Reinerea apei disociate se face prin sorbie molecular (chemisorbiune). Grupele OH libere, la care ader apa, dup ce a suferit disocierea dipolic, se gsete n jurul micelelor (cristalelor), dar mai cu seam n zonele amorfe ale microfibrilelor celulozice. n fig. 2 este ilustrat grafic modul cum are loc acest proces, dup Frey Wyssling, A. Se observ c grupele OH libere sunt ncrcate cu sarcini electrice negative, iar moleculele de ap disociat prezint un pol electropozitiv n atomii de hidrogen i unul electronegativ n atomul de oxigen. De reinut c apa nu ptrunde n interiorul micelelor i nici nu intr n reacii chimice cu acestea. Fig. 2 Sorbia molecular a apei disociate dipolic (dup Beldeanu, 2008) Hemicelulozele au mai multe grupe OH libere dect celuloza, fapt pentru care sunt mai avide pentru ap dect aceasta. Dup unii autori, sorbia molecular are loc pn la atingerea unei umiditi a lemnului de 36 %: Difuzia moleculelor de ap n cadrul sorbiei moleculare se produce cu vitez mrit. La legarea apei disociate de grupele OH libere, se degaj o nsemnat cantitate de cldur (cldur de umflare). Reinerea apei sub form de vapori i pelicule lichide se face prin sorbie capilar i condensaie capilar. Pn la atingerea unei umiditi a lemnului de circa 15 %, are loc sorbia capilar sub form de vapori, ca urmare a forelor intermoleculare, dup care, la valori mai mari, pn la umiditatea de saturaie a fibrei, intervine condensaia capilar, vaporii de ap condensnd n pelicule, meninute n capilare datorit forelor acestora. n figura 3 este prezentat variaia umiditii lemnului n funcie de umiditatea relativ a aerului (izoterma sorbiei lemnului), la temperatura camerei.

Fig. 3 Variaia umiditii lemnului n funcie de variaia umiditii relative a aerului (izoterma sorbiei lemnului), la temperatura camerei Se remarc faptul c la creterea umiditii relative a aerului de la 0 la 20%, curba variaiei umiditii lemnului prezint o pant relativ ridicat, aceasta ajungnd la umiditatea

de 5 %. Ulterior, pn la valori n jur de 70 %, cnd umiditatea lemnului are valori de circa 15 %, curba respectiv prezint o pant mai mic. La valori mai mari de 70 %, curba de variaie a umiditii aerului are din nou o pant ridicat. Se admite c pn la valori de 20 % (dup unii chiar mai mari), ar avea loc sorbia molecular. Sorbia capilar s-ar produce n intervalul cuprins ntre 20 i 70 %, iar la peste 70 % ar avea loc condensaia capilar. La o umiditate relativ a aerului de aproape 100 %, umiditatea lemnului atinge limita de higroscopicitate, care la temperatura camerei oscileaz n jurul valorii de 30 %. Dup unii autori, umiditatea relativ a aerului la care se realizeaz limita de higroscopicitate, n condiii de presiune normal, ar corespunde valorii = 0,9946, ntruct la valoarea = 1 a acesteia, umiditatea i-ar face simit prezena i n golurile celulare. Apa legat influeneaz majoritatea proprietilor lemnului. Umiditatea de saturaie a fibrei W s , cum se mai numete limita de higroscopicitate, este umiditatea pe care o are lemnul n momentul cnd toate forele care determin sorbia molecular, i sorbia i condensaia capilar sunt satisfcute. Punctul limit corespunztor umiditii de saturaie se numete punct de saturaie a fibrei. Capacitatea de reinere a apei fiind diferit de la o specie la alta, ca urmare a deosebirilor privind dimensiunile capilarelor i proporiile de participare a principalilor componeni chimici, punctul de saturaie al fibrei difer i el cu specia. Pe baza cercetrilor ntreprinse asupra lemnului unor specii principale, Trendelenburg, R. i Mayer-Wegelin, H. (1955) disting patru grupe ale acestora, fiecare avnd anumite valori ale indicelui respectiv: - specii foioase cu porii mprtiai n cuprinsul inelului anual (tei, salcie, plop, anin, mesteacn, fag, carpen), avnd punctul de saturaie a fibrei cuprins ntre 32 i 35 %; - specii rinoase fr duramen (brad, molid) i alburnul speciilor rinoase cu duramen (30-34 %); - specii rinoase cu duramen (22-28 %) (valori mici corespund speciilor cu coninut ridicat de balsam, iar cele mari speciilor cu coninut mai redus); - specii foioase cu porii aezai inelar sau semiinelar (salcm, castan, stejar, frasin, cire) (22-24 %); Punctul mediu de saturaie a fibrei pentru speciile din zona temperat se consider ca fiind situat ntre 28 i 32 %. Obinuit, n calcule se adopt o valoare a acestuia de 30 % i uneori de 28 %. La lemnul din crci, punctul de saturaie a fibrei are valori foarte mici (n jur de 9 %), n timp ce lemnului de rdcin i corespund valori foarte mari (40-50 %). Odat cu creterea temperaturii aerului, punctul de saturaie a fibrei se micoreaz. La molid i fag, de exemplu, acesta are valorile de 39 % la 20 0 C, de 29 % la 600 C i de 24 % la 1000 C. n general, pentru o cretere a temperaturii de 10 C, se admite o scdere a punctului de saturaie a fibrei de 0,1 %. Punctul de saturaie a fibrei se micoreaz, de asemenea la temperaturi negative. Dup date menionate de diferii autori, la -220 C acesta ar avea valori cuprinse ntre 17 i 21 %. Limita de higroscopicitate la speciile cu densitate redus este mai mare, datorit unei proporii sporite a spaiilor n care are loc condensaia capilar. Pe lng specie i temperatura aerului nconjurtor, sorbia higroscopic mai este influenat i de diferitele tratamente aplicate lemnului, ca i de gradul de sntate al acestuia. n ceea ce privete influena tratamentului termic, Kollmann, F. i Schneider, A. precizeaz c n cazul lemnului de fag supus la temperaturi crescnde, pn la 1800 C, se constat o scdere progresive a capacitii sorbtive. Spre exemplu, la o durat de 6 ore a tratamentului la temperatura de 1500 C, se nregistreaz o scdere a sorbiei de 10 %; dup acelai interval de timp, dar la temperatura de 1800 C, scderea ajunge la circa 22 %. Creterea duratei tratamentului termic are un efect asemntor. Astfel, n cazul expunerii

lemnului la una i aceeai temperatur (1500 C), fa de scderea de 10 % a sorbiei la durata de 6 ore a tratamentului, n cazul unei durate de 48 ore, scderea ajunge la peste 20 %. De reinut c tratamentul termic la astfel de temperaturi are drept consecin i o pierdere de mas, datorit degradrilor ce3 se produc n compoziia chimic a lemnului; pierderea n spe este cu att mai important cu ct temperatura i durata tratamentului termic sunt mai mari. Se precizeaz n acest sens c, dup Kollmann, F., n urma expunerii timp de 30 ore la temperaturile de 150 i 1800 C, descreterea masei lemnului de fag se cifreaz la circa 5 % i respectiv 28 %. O higroscopicitate mai mic are de asemenea lemnul de fag aburit, fa de cel neaburit. n intervalul de umiditate relativ a aerului cuprins ntre 30 i 92 %, lemnul densificat de fag are, comparativ cu cel nedensificat, de aceeai specie, o capacitate de sorbie a umiditii mai redus. Pn la umiditatea de 30 % a aerului, curbele de higroscopicitate sunt pentru ambele feluri de lemn asemntoare. La umiditi ale aerului ce depesc 92 %, sorbia lemnului densificat se majoreaz. n ceea ce privete influena gradului de sntate, se menioneaz c, dup unele cercetri (Ammer, U., 1963), n cazul atacului ciupercii xilofage Polyporus caesius, care produce putregaiul brun, higroscopicitatea lemnului se micoreaz, ntruct n cazul acestei forme de putregai sunt distruse toate componentele chimice hidrofile, n timp ce lignina, mai puin higrofil, rmne aproape n ntregime intact. Spre exemplu n condiiile unei umiditi relative a aerului de 93 %, la o pierdere de mas a lemnului atacat de 68 %, se nregistreaz o diminuare a umiditii acestuia, fa de lemnul neatacat, de peste 5 % (16,7 % fa de 22 %). n cazul putregaiului alb sau de coroziune, produs la fag de Polyporus versicolor, Scheffer, T.C., 1936 i Cowling, E.B., 1961 au stabilit c la o pierdere de mas a lemnului uscat cuprins ntre 0 i 40 %, sorbia umiditii nu sufer modificri, deoarece, de aceast dat sunt atacate aproape n aceleai proporii toate componentele chimice principale. Fenomenul de histerezis al sorbiei i desorbiei. Aa dup cum s-a artat mai nainte, sub influena umiditii aerului atmosferic, aflat la o anumit presiune i temperatur, umiditatea lemnului se modific, pn cnd se realizeaz aa numita umiditate de echilibru cu mediul nconjurtor. Cu alte cuvinte orice schimbare a umiditii aerului atmosferic atrage dup sine schimbarea umiditii lemnului: cnd umiditatea aerului atmosferic crete, umiditatea lemnului crete i ea, avnd loc un proces de sorbie, iar cnd aceasta scade, scade i umiditatea lemnului, avnd loc un proces de desorbie. n figura 4 se ilustreaz grafic procesele de sorbie i desorbie care au loc n cazul a dou epruvete de lemn din aceeai specie, una cu umiditate sczut i una cu umiditate ridicat, care se trec ntr-o atmosfer avnd parametrii aerului corespunztori unei umiditi intermediare a lemnului i care se menin la un nivel constant. Fig. 4 Curbele sorbiei i desorbiei la dou probe de lemn din aceeai specie meninute timp ndelungat ntr-o atmosfer cu umiditate relativ constant. Se remarc faptul c n urma procesului de sorbie, umiditatea lemnului crete, tinznd s ajung la umiditatea stabil de sorbie W ss , iar n urma procesului de desorbie umiditatea lemnului scade, tinznd s ajung la umiditatea stabil de desorbie W sd . Studiul dinamicii higroscopicitii lemnului pune n eviden faptul c n condiii identice de temperatur i umiditate a aerului, umiditatea lemnului are ntotdeauna valori mai

mari n cazul cnd acesta este supus procesului de desorbie, dect n cazul cnd are loc un proces de sorbie. Fenomenul respectiv poart denumirea de histerezis al sorbiei i desorbiei, el semnificnd o putere de reinere a umiditii mai mare la lemnul umed, comparativ cu lemnul uscat. Mrimea histerezisului este dat de relaia: W = W sd * W ss [%], (9)

Fenomenul de histerezis se explic prin tensiunile i deformrile ce apar n pereii celulari ai lemnului, datorit variaiei forelor de presiune a vaporilor de ap din timpul umflrii, provocate de sorbia molecular i sorbia capilar n faza sa iniial (cnd apa din lemn este n stare de vapori). n figura 5 se red variaia umiditii alburnului de pin n funcie de umiditatea relativ a aerului. Se observ c dup maximul nregistrat ca urmare a sorbiei, n timpul desorbiei valorile umiditii lemnului sunt mai mari dect cele atinse anterior pentru una i aceeai umiditate relativ a aerului. Fig. 5 Izotermele sorbiei i desorbiei la alburnul de pin Mrimea histerezisului sorbiei i desorbiei difer n raport cu specia, iar n cadrul speciei depinde de o serie de factori cum sunt: umiditatea pn la care are loc sorbia, temperatura la care se produce sorbia i desorbia, tratamentul aplicat anterior lemnului, dimensiunile probelor de lemn, etc. La creterea dimensiunilor probelor de lemn, valoarea histerezisului sorbiei se mrete. Dup date menionate de Marinescu, I., (1979), spre exemplu, n cazul lemnului mrunit (rumegu, tala, achii), histerezisul sorbiei i desorbiei are valori foarte mici (W = 0,1-0,2 %), n timp ce n cazul probelor cu grosimea mai mari de 15 mm i cu limea mai mare de 100 mm, acesta are o valoare de circa 2,5 %. Umiditatea de echilibru W e . Aa dup cum s-a artat, n cazul lemnului mrunit histerezisul este foarte mic. Ca urmare, n practic acesta poate fi neglijat. Considernd c umiditatea stabil de sorbie W ss i umiditatea stabil de desorbie W sd sunt egale, se poate afirma c umiditatea stabil medie a lemnului mrunit este practic aceeai, att la sorbie, ct i la desorbie. Aceast mrime se numete umiditate de echilibru. Ea se definete ca umiditatea ctre care tinde lemnul mrunit, meninut timp ndelungat ntr-o atmosfer caracterizat prin anumite valori ale temperaturii i umiditii relative a aerului. n figura 6, se prezint curbele umiditii de echilibru, determinate n funcie de temperatura i umiditatea relativ a aerului (izotermele de echilibru higroscopic). Cu ajutorul curbelor umiditii de echilibru se poate determina umiditatea lemnului mrunit, realizabil n timpul sorbiei la diferite temperaturi i umiditi ale aerului. Pentru determinarea umiditii de echilibru a probelor de dimensiuni mari, trebuie luat n considerare mrimea histerezisului. Curbele umiditii de echilibru sunt variabile pentru cea mai mare parte a speciilor forestiere. Ele devin ns aproximative cnd lemnul conine n proporii mari oleorezine, gome, taninuri, ca de exemplu n cazul a numeroase specii tropicale. Tendina lemnului de a ajunge la o anumit umiditate n raport cu starea aerului nconjurtor prezint un interes practic deosebit, ea urmnd s se aib n vedere la stabilirea umiditii finale a produselor fabricate din acest material.

Fig. 6 Curbele umiditii de echilibru a lemnului pentru diferite temperaturi i umiditi relative ale aerului (izotermele de echilibru higroscopic) ntr-adevr, cunoscnd c micorarea i creterea umiditii sunt nsoite de contragere i umflare, procese care atrag dup ele deformarea i crparea lemnului, ca i desfacerea mbinrilor i exfolierea peliculelor de lac, se impune cerina de a se folosi material lemnos uscat pn la nivelul echilibrului higroscopic cu mediul de folosin. n acest sens, n tabelul 1 se prezint o serie de date privind umiditatea diferitelor produse n funcie de utilizarea lor. Se precizeaz c aceste date au caracter orientativ, prin faptul c la stabilirea umiditii lemnului unui anumit produs va trebui inut cont i de condiiile de ordin climatic ale locului de utilizare; pentru regiunile muntoase, mai reci i umede, valorile respective trebuie s fie mai mari cu circa 2 % fa de regiunile de cmpie, mai secetoase i calde. La efectuarea ncercrilor de laborator pentru determinarea indicilor corespunztori diferitelor proprieti ale lemnului, epruvetele se condiioneaz, aducndu-se la umiditatea normalizat. Aceasta este umiditatea de echilibru a lemnului pentru umiditatea relativ = 655 % i temperatura t = 2020 C ale aerului i are valoarea de 12 %. Date privind umiditatea corespunztoare echilibrului higroscopic al lemnului (produselor din lemn) n funcie de destinaie. Tabelul 1 Umiditatea Destinaia lemnului (produselor din lemn) corespunztoare echilibrului higroscopic % - lemn pentru construcii n ap (piloi) Peste 30 - lemn destinat impregnrii cu substane antiseptice i ignifuge 20-25 - lemn destinat a fi utilizat exclusiv n exterior (mprejmuiri, 15-20 oproane); lemn pentru lzi de ambalaj - arpante 15.18 - lemn pentru construcii n localuri acoperite i nchise 13-17 - doage pentru butoaie 14-16 - lemn pentru caroserii de camioane i vagoane de marf 8-16

- lemn pentru lucrri de tmplrie aflate n contact cu aerul exterior (ui i ferestre exterioare) - mobil, tmplrie interioar, n camere nclzite cu sobe - mobil tmplrie interioar, n camere cu nclzire central - parchet, duumele - lemn pentru instrumente muzicale

12-15 10-12 8-10 8-12 6-8

UMIDITATEA DIN GOLURILE CELULARE I SPAIILE INTERCELULARE Umiditatea care ptrunde n lemn, dup ce acesta a ajuns la punctul de saturaie, se localizeaz n golurile celulare i spaiile intercelulare i este n stare de lichid, constituind apa liber. Ea este reinut de fore de interaciune capilar, se ndeprteaz uor din lemn i manifest o mic influen asupra proprietilor acestuia. Volumul golurilor celulare i spaiilor intercelulare W gc . Se consider o pies de lemn absolut uscat, avnd volumul egal cu 1 i coninnd un volum al pereilor celulari (sau de substan lemnoas)m. Volumul, respectiv proporia golurilor din cuprinsul acestei piese rezult din relaia: c =1 m, Determinnd masa piesei n funcie de volumul pereilor celulari i densitatea substanei lemnoase ( sl = 1,5 g/cm3), precum i n funcie de volumul piesei i densitatea aparent a lemnului absolut uscat 0 , se poate scrie: M = m . sl = 1 . 0 Ca urmare, volumul ocupat de apa liber va fi: c = 1sau n procente: c = 1*0.667* 0 ) 100 [%] (10)

1 . 0 1,5

Umiditatea golurilor celulare i spaiilor intercelulare rezult raportnd masa apei ce ocup volumul acestora, la masa piesei: W gc =

c.1. a MM cu inversul densitii

nlocuind raportul dintre volumul i masa piesei de lemn 1 aparente a lemnului absolut uscat1

0

i considernd a = 1, rezult:

W gc = sau:

c

0

W gc =

1,5 0 1,5. 0

(11)

UMIDITATEA MAXIM Umiditatea maxim sau umiditatea de saturaie a lemnului rezult prin nsumarea umiditii corespunztoare punctului de saturaie a fibrei i a umiditii din golurile celulare: W max = W s +W gc Apreciind c punctul de saturaie a fibrei are valoarea de 28 % (0,28 g/g) i innd cont de relaia (11), relaia de calcul a umiditii maxime a lemnului va fi: W max = 0,28 +

1,5 0 1,5. 0

[g/g]

(13)

Diagrama din figura 7, trasat cu ajutorul relaiei (139, permite determinarea umiditii maxime a lemnului n funcie de densitatea n stare anhidr a acestuia. Se observ totodat faptul c umiditatea respectiv descrete puternic odat cu majorarea densitii. Fig. 7 Variaia umiditii maxime a lemnului n funcie de densitatea sa n stare anhidr ntruct sorbia este nsoit de umflarea pereilor celulari, volumul golurilor celulare i al spaiilor intercelulare i respectiv umiditatea suplimentar corespunztoare acestora sufer o anumit diminuare, astfel c n realitate umiditatea maxim a lemnului va avea o valoare ceva mai redus dect cea dat de relaia (13). Pe de alt parte, datele experimentale privind umiditatea maxim a lemnului sunt de asemenea mai reduse dect cele rezultate din calcul i datorit faptului c n golurile celulare i spaiile intracelulare se gsesc balsam, substane tanante, ali compui chimici. Specia, prin particularitile structurale imprimate lemnului, influeneaz puternic umiditatea maxim: 268 % la brad, 212 la molid i plop, 185 % la pin silvestru, 135 % la mesteacn, 126 % la larice, 116 % la stejar, 93 % la carpen (Ugolev, B. N., 1986). Alburnul absoarbe mai mult ap dect duramenul. Viteza de absorbie a apei n lemn, respectiv de ptrundere a acesteia n golurile celulare i spaiile intercelulare depinde de mai muli factori. Astfel, lemnul aparinnd speciilor cu numr mare de goluri i din aceast cauz cu densitate redus, absoarbe apa cu vitez mai ridicat. Piesele cu dimensiuni mici absorb de asemenea repede apa, ajungnd la umiditatea maxim ntr-un timp mai scurt. Absorbia se realizeaz cu vitez mai ridicat n cazul pieselor la care suprafaa transversal (n sensul de direcie structural anatomic a lemnului), n contact cu apa, este mai mare. Viteza de absorbie crete la temperaturi mai mari i la umiditi iniiale mai mici ale lemnului.

Variaia umiditii lemnului cufundat n ap este puternic influenat de durata imersiei. n figura 8 se prezint curba de variaie a umiditii lemnului de pin silvestru n funcie de acest factor, determinrile fiind efectuate la temperatura de 200 C i folosind epruvete paralelipipedice cu baza 20x20 mm i nlimea n lungul fibrei10 mm, iniial aflate n stare anhidr. Fig. 8 Variaia umiditii lemnului de pin silvestru n funcie de durata de cufundare n ap Se apreciaz c, pentru a se obine rezultate concludente n legtur cu umiditatea maxim atins prin cufundare, durata contactului probelor cu apa nu trebuie s fie mai mic dect 30 zile. Capacitatea lemnului de a absorbi apa, ca i alte lichide intereseaz n multe cazuri n practic, ca de exemplu n procesul fierberii acestuia pentru obinerea celulozei, la impregnarea cu soluii antiseptice, la plutit, etc. PROPORIA DE SUBSTAN LEMNOAS, AP I AER N LEMN n lemn, alturi de substana lemnoas i de ap, exist i aer. Proporiile ce revin celor trei componente depind de umiditatea lemnului Trendelenburg, R., ilustrnd acest lucru la lemnul de fag cu densitate n stare anhidr 0 = 0,680 g/cm3. Aa dup cum se remarc n figura 9, n lemnul aflat n stare absolut uscat substana lemnoas i aerul se gsesc n proporii maxime, apa lipsind. Fig. 9 Proporiile n volum ale substanei lemnoase, apei legate, apei libere i aerului n lemnul de fag ( 0 = 0,680 g/cm3), la diferite umiditi Ulterior, ca urmare a sorbiei vaporilor de ap din atmosfer, i face apariia umiditatea, mai nti sub form de ap legat. Concomitent cu creterea proporiei de ap legat, pereii celulari umflndu-se, proporia substanei lemnoase scade, ajungnd la o valoare minim la atingerea punctului de saturaie a fibrei. La majorarea n continuare a umiditii, i face simit prezena apa liber, a crui proporie crete liniar, n timp ce proporia substanei lemnoase i apei legate rmn constante. Proporia aerului scade de asemenea tot liniar, pn la nlocuirea sa complet cu apa liber. n final, n lemn se afl numai substan lemnoas i ap. Proporia de aer din lemn se poate determina cu ajutorul relaiei 40. DETERMINAREA UMIDITII Luarea probelor pentru efectuarea determinrilor n cuprinsul arborilor, n piesele de lemn masiv (buteni, lobde, piese ecarisate) i n stivele de astfel de piese, n lemnul sub form de particule (rumegu, achii, fin de lemn), ca i n produsele finite (mobil, rechizite colare), umiditatea este variabil, astfel c pentru

determinarea unor valori reprezentative trebuie analizat un numr de probe, respectiv de epruvete, luate din mai multe puncte. Modul de prelevare i numrul de probe se stabilesc conform prevederilor standardelor corespunztoare diferitelor sortimente. Umiditatea lemnului se poate determina folosind i epruvete utilizate la alte ncercri fizico-mecanice, sau lucrri pe poriuni ale acestora. Probele extrase din trunchiul arborilor se stratific innd cont de poziia lemnului pe seciunea transversal la una i aceeai nlime: alburn, duramen, (duramen fals), lemn matur, lemn juvenil, lemn adult. n cazul pieselor de lemn masiv, probele se iau conform figurii 10. De la o distan de 50-500 mm de captul acestora (figura 10,a), se extrag prin dubl secionare, piese, din care se debiteaz epruvetele necesare (fig. 10, b). Se recomand ca aceste epruvete s aib form de prism dreapt, cu seciunea de 20x20 mm i cu lungimea, paralel cu fibrele lemnului, de 255 mm. n cazul n care se urmrete modul de repartizare a umiditii n seciunea transversal a pieselor de lemn masiv, epruvetele se debiteaz ca n figura 10, c i 10 d, ndeplinindu-se totodat ca suma suprafeelor lor (S) s satisfac, dup caz, una din urmtoarele relaii: S(1,2,3,4) S(5,6,7,8) S(9); S(1,3) S(2).

Fig. 10 Debitarea epruvetelor pentru determinarea umiditii s