魏新莉，向仕龍

高溫?zé)崽幚韺?duì)軟木材色的影響

魏新莉，向仕龍

(中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

以我國(guó)種植的栓皮櫟軟木和葡萄牙產(chǎn)栓皮櫧軟木為試材，在熱處理目標(biāo)溫度分別為180、200、220 ℃，熱處理時(shí)間分別為1、2、3 h的高溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下，對(duì)軟木經(jīng)熱處理后其材色變化的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:高溫?zé)崽幚砗筌浤绢伾兩?。隨著熱處理溫度的升高，軟木試材的明度減小。在相同的熱處理溫度下，軟木試材隨著熱處理時(shí)間延長(zhǎng)，明度減小，色差增大；熱處理溫度對(duì)試材明度和色差的影響遠(yuǎn)大于熱處理時(shí)間的影響。

軟木；熱處理； 材色；色差

軟木，也稱(chēng)栓皮，來(lái)自闊葉樹(shù)栓皮櫧Quercus suher 或者栓皮櫟Q.variabilis的樹(shù)皮，中國(guó)常見(jiàn)的是栓皮櫟，其中心分布區(qū)域?yàn)榍匕蜕絽^(qū)。軟木是一種質(zhì)輕而富有彈性、滲透性低、導(dǎo)熱系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性和耐久性?xún)?yōu)良的獨(dú)特材料[1]，廣泛用于室內(nèi)裝飾材料。

近年來(lái)，國(guó)外尤其歐洲一些國(guó)家在利用熱處理技術(shù)改性木材方面進(jìn)行了廣泛的研究，這種高溫?zé)崽幚砉に囃ㄟ^(guò)木材組分受熱后自發(fā)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，來(lái)達(dá)到改善木材的吸濕性、尺寸穩(wěn)定性、材色和耐腐性能的作用[2-3]。而材色是反映木材表面視覺(jué)特性的重要物理量之一，是評(píng)價(jià)木材質(zhì)量并決定其使用價(jià)值的一個(gè)重要因素[4]，對(duì)于廣泛用于室內(nèi)裝飾材料的軟木非常重要。本文利用熱處理技術(shù)對(duì)國(guó)產(chǎn)軟木和葡萄牙產(chǎn)軟木進(jìn)行處理，研究熱處理過(guò)程中材色的變化規(guī)律，以完善軟木的性能，提高軟木制品的裝飾作用和產(chǎn)品價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試 材

軟木：采自中國(guó)甘肅的栓皮櫟樹(shù)皮、葡萄牙的栓皮櫧樹(shù)皮，含水率為6%～8%，將坯料加工成規(guī)格為60 mm×60 mm×10 mm的試材。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 熱處理試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室熱處理試驗(yàn)在自制高溫碳化罐內(nèi)進(jìn)行，碳化罐內(nèi)溫度控制由導(dǎo)熱油提供，碳化罐外接蒸汽發(fā)生器。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行的是處理溫度分別為180℃(熱處理時(shí)試材內(nèi)部所達(dá)到的最高溫度)、200 ℃、220 ℃的3組工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)方案安排如表1。試驗(yàn)的其他工藝過(guò)程及參數(shù)相同，即:從室溫開(kāi)始緩慢升至試材內(nèi)部130 ℃的升溫過(guò)程為干燥階段；從130 ℃開(kāi)始，以10 (℃/ h)的速度升溫至熱處理溫度的升溫階段；一定時(shí)間和處理溫度的熱處理階段；最后轉(zhuǎn)入降溫調(diào)濕階段。待試材含水率升至3%左右冷卻出罐。每組試驗(yàn)的試材從待用的試材中隨機(jī)挑選，試材數(shù)為3塊。

表1 實(shí)驗(yàn)方案安排Table 1 Arrangements for experiments

1.2.2 材色測(cè)量

軟木經(jīng)高溫?zé)崽幚砗?，立即稱(chēng)重，將其與素材一同放入調(diào)溫調(diào)濕箱進(jìn)行平衡處理，使之與大氣環(huán)境相平衡。為減少試材表面粗糙度對(duì)材色測(cè)定的影響，待平衡處理結(jié)束后，用砂光機(jī)砂去試材約0.3 mm厚的表層，從試材表面隨機(jī)選取4個(gè)能代表試材整體材色的測(cè)試點(diǎn)。

用TC-PIIG全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)定量測(cè)量試材的顏色，測(cè)試過(guò)程中，試材的顏色主要記錄L*，a*，b*和△E這4個(gè)值。取每組試材12個(gè)數(shù)據(jù)值的加權(quán)平均值作為其材色測(cè)量值。采用CIEL*a*b*(1976) 表色系統(tǒng)表色，處理前后材色色度學(xué)變化用CIEL*a*b*公式計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理對(duì)軟木材色影響的目視觀察

熱處理后的試材材色，隨著熱處理溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，試材的明度朝著變暗的趨勢(shì)發(fā)展，色度的變化表現(xiàn)出從素材的黃褐色到220 ℃的黑褐色逐漸過(guò)渡的變化過(guò)程。

2.2 軟木材色變化與處理溫度、時(shí)間的關(guān)系

將素材與經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室熱處理后的試材進(jìn)行色度學(xué)特征比較，得到明度差△L*、色品指數(shù)差△a*和△b*，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2和表3所示。

表2 不同工藝條件的國(guó)產(chǎn)軟木處理試材材色參數(shù)值Table 2 Color parameters of Chinese cork under different treatment conditions

表3 不同工藝條件的葡萄牙產(chǎn)軟木處理試材材色參數(shù)值Table 3 Color parameters of Portuguese cork under different treatment conditions

由表2和表3可見(jiàn)，表征其材色的L* a* b*色空間參數(shù)中，試材熱處理后明度L*值均為1～2之間，屬于低明度。與素材相比，處理后試材的明度隨處理溫度的升高，時(shí)間的延長(zhǎng)呈降低的趨勢(shì)(△L*均為負(fù)值)，國(guó)產(chǎn)軟木降低幅度在21.56%～59.11%；葡萄牙產(chǎn)軟木降低幅度在19. 78%～71.56%。當(dāng)處理時(shí)間相同時(shí)，隨處理溫度的升高，熱處理前后試材明度差的絕對(duì)值增大。國(guó)產(chǎn)軟木各溫度下熱處理1 h后明度差的絕對(duì)值由0.59增大到1.22，熱處理2 h后則由0.52增大到1.33，熱處理3 h后則由0.48增大到1.25；葡萄牙產(chǎn)軟木各溫度下熱處理1 h后明度差的絕對(duì)值由0.45增大到1.41，熱處理2 h后則由0.88增大到1.21，熱處理3 h后則由0.76增大到1.61。當(dāng)處理溫度相同時(shí)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，熱處理前后明度差的絕對(duì)值變化不大：在180～220 ℃范圍內(nèi)，各溫度下熱處理1、2和3 h的試材的明度差絕對(duì)值的變化范圍，國(guó)產(chǎn)軟木在0.07～0.19，葡萄牙產(chǎn)軟木在0～0.43，表明熱處理溫度對(duì)試材明度的影響遠(yuǎn)大于熱處理時(shí)間的影響。

a*為紅綠軸色度指數(shù)，正值越大顏色越偏向紅色，負(fù)值越大越偏向綠色；b*為黃藍(lán)軸色度指數(shù)，正值越大顏色越偏向黃色，負(fù)值越大越偏向藍(lán)色[5]。如圖1、圖2所示，與熱處理前相比，熱處理后試材的紅綠軸色品指數(shù)a*隨處理溫度的升高，時(shí)間的延長(zhǎng)呈不同程度的降低(△a*均為負(fù)值)，表明紅色略減退；而黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*也隨處理溫度的升高，時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)為降低。而由于黃色屬于光譜中最亮的顏色，具有很高的明度，因此它與明度之間呈正相關(guān)的關(guān)系[6]。

試材熱處理前后色差△E變化分別在1.08～3.68 NBS和0.83～3.95 NBS之間，色差值在1.5～3.0 NBS時(shí)，人眼對(duì)該色差可察覺(jué)；色差值在3.0～6.0 NBS 時(shí)， 人眼對(duì)該色差可識(shí)別[7]。隨著熱處理溫度的升高， 軟木試材的色差值呈逐漸增加的趨勢(shì)。在180 ℃下，國(guó)產(chǎn)軟木和葡萄牙產(chǎn)軟木試材的色差值平均增加了1.25和1.10 NBS，200 ℃下，試材的色差值分別增加了2.43和2.25 NBS；220 ℃時(shí)，試材的色差值增加了3.58和3.22 NBS。色差△E*值呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明隨著溫度的增加，材色變化越大。

由圖1和圖2對(duì)比可見(jiàn)，國(guó)產(chǎn)軟木和葡萄牙產(chǎn)軟木在熱處理前后，色空間參數(shù)明度、色度指數(shù)和色差的變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明產(chǎn)地不同在熱處理后對(duì)材色的影響不大。

圖1 中國(guó)甘肅軟木L*a*b*色空間參數(shù)隨熱處理溫度的變化Fig. 1 L*a*b* color parameters of Chinese cork under different heat treatment temperature

圖2 葡萄牙軟木L*a*b*色空間參數(shù)隨熱處理溫度的變化Fig. 2 L*a*b* color parameters of Portuguese cork under different heat treatment temperature

軟木變色原因很大部分應(yīng)該是在熱處理的干燥段過(guò)程中，試材內(nèi)的水分外移，材料內(nèi)部所含的水溶性黃酮類(lèi)化合物、酚類(lèi)物質(zhì)隨之向表面移動(dòng)[8]。另外，軟木中的酚類(lèi)化合物形成的有色物質(zhì)和半纖維素水解形成的暗色物質(zhì)在高溫下受到空氣氧化，也會(huì)呈褐變色[9]。

3 結(jié) 論

(1)試材分別經(jīng)180、200和220 ℃熱處理1、2和3 h后，與熱處理前相比，試材的明度降低，色差增大，且隨處理溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)呈明顯遞增的趨勢(shì)；熱處理后試材的紅綠軸色品指數(shù)a*和黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*有不同程度的降低，呈現(xiàn)出規(guī)律性。

(2)與原試材相比較，隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)定的熱處理的時(shí)間的增加，處理后的試材的顏色逐漸加深；并且隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)定的熱處理溫度的升高，處理后試材的顏色也會(huì)逐漸加深。說(shuō)明熱處理的溫度的高低和熱處理時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)熱處理后木材的顏色都有影響。

(3)產(chǎn)地不同在熱處理后對(duì)色空間參數(shù)明度、色度指數(shù)和色差的變化趨勢(shì)影響不大。熱處理溫度對(duì)試材明度和色差的影響遠(yuǎn)大于熱處理時(shí)間的影響。

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Effects of high temperature heat treatment on cork color

WEI Xin-li, XIANG Shi-long
(School of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry & Technology,Changsha 410004,Hunan,China)

Chinese cork and the Portuguese cork were used as sample to make heat treatment. In order to find the influence laws of heat treatment on the cork color, the temperature rose to 180, 200, 220 ℃ and the time was kept for 1, 2 and 3 hours respectively. The results show as follows: The color of the treated cork changed obviously by the heat treatment. Under the same temperature, the color saturation became bigger and the color difference became more obvious with the increase of the keeping time. Lightness decreased with an increase of the keeping time. At the same time, the higher the temperature, the bigger the color difference was under the same time. The effects of heat treatment temperature were greater than heat-treated time on the cork lightness and color difference.

cork; heat treatment; cork color; color difference

S784；TQ336

A

1673-923X(2012)01-0066-04

2011-11-29

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng) (200704020)，國(guó)家林業(yè)科技成果推廣項(xiàng)目([2011]52)，湖南省教育廳科研項(xiàng)目(07C800)；中南林業(yè)科技大學(xué)青年基金項(xiàng)目(101-0430)；中南林業(yè)科技大學(xué)木材科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目

魏新莉(1973—)，女，新疆塔城人，講師，博士研究生，主要從事木材科學(xué)與技術(shù)研究；E-mail: weixl_3@163.com

向仕龍(1948—)，男，湖南沅陵人，教授，主要從事木材科學(xué)技術(shù)研究；E-mail:xiangshilong@263.net

[本文編校：吳 毅]