齊華春 ，朱 志 ，劉一星 ，程萬里

（1.北華大學(xué) 林學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.吉林森工 紅石中密度纖維板廠，吉林樺甸 132405；3.東北林業(yè)大學(xué) 材料學(xué)院 , 黑龍江 哈爾濱 150040）

落葉松高溫高壓脫脂后的顏色和涂飾性能

齊華春1，朱 志2，劉一星3，程萬里3

（1.北華大學(xué) 林學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.吉林森工 紅石中密度纖維板廠，吉林樺甸 132405；3.東北林業(yè)大學(xué) 材料學(xué)院 , 黑龍江 哈爾濱 150040）

以東北落葉松為試材，經(jīng)不同溫度（120、140、160、180 ℃）及處理時(shí)間（10、20、30、40 min），真空度為-0.1 MPa，高溫高壓脫脂干燥處理后，對其顏色和涂飾性能進(jìn)行測試。旨在探討高溫高壓脫脂處理對落葉松木材的顏色和涂飾性能的影響。試驗(yàn)測定了處理前后木材的色度指數(shù)及涂飾前后的漆膜性能。色度指數(shù)測定結(jié)果表明，高溫高壓脫脂處理后的木材各項(xiàng)色度指數(shù)變化較小，基本保持了木材原有顏色的特點(diǎn)。在涂飾性能方面，高溫高壓脫脂處理后的木材優(yōu)于高溫常壓處理后的木材。

落葉松木材；高溫高壓；脫脂；顏色；涂飾性能

落葉松現(xiàn)有脫脂方法很多，從脫脂效果及效率來看，常規(guī)干燥方法只能脫出木材表面的樹脂，板材使用中仍有樹脂滲出；高溫干燥法[1-3]由于處理的時(shí)間較長，會使木材失去本身所特有的顏色；高頻干燥[4]雖脫脂效果較好，但設(shè)備的投入高，不利于節(jié)省能源；溶劑萃取法[5-6]的費(fèi)用也較高，而且此方法對溶劑的要求也高，不能適合生產(chǎn)的需要；化學(xué)法[3,7-8]脫脂由于使用了化學(xué)藥劑，會使板材的力學(xué)強(qiáng)度下降并易于老化，而且處理劑對設(shè)備具有腐蝕性，廢液難以處理，給環(huán)境帶來危害，不利于環(huán)保；綜合法[9]脫脂工藝復(fù)雜，干燥周期長，脫脂成本較高。以上眾多脫脂方法雖然都能取得一定的脫脂效果，但是都在某些方面存在著一定的局限性，尚不能很好地滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

本研究的前期研究是采用一種新的高溫高壓蒸汽―真空脫脂相結(jié)合的方法，對東北落葉松木材進(jìn)行脫脂干燥，高溫高壓蒸汽處理木材，使木材內(nèi)部溫度快速的升高[10]，木材內(nèi)部存在的樹脂被汽化，然后再利用真空的負(fù)壓作用將木材內(nèi)部的樹脂排出。本研究的前期研究結(jié)果表明，此脫脂方法可以快速的使其達(dá)到脫脂的效果，且為無污染的非化學(xué)處理方法。但經(jīng)高溫脫脂干燥處理后的落葉松木材，常會發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化，而化學(xué)反應(yīng)是木材顏色產(chǎn)生變化的主要原因，良好的木材顏色是評價(jià)木材質(zhì)量并決定其商品價(jià)值的一個(gè)重要指標(biāo)；透明涂飾是木制品表面裝飾的一個(gè)重要方法，是木制品使用價(jià)值的重要體現(xiàn)；漆膜質(zhì)量是木制品耐久性的重要體。因此，對高溫高壓處理后的落葉松木材顏色的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)及涂飾性能的測定，對落葉松的后期利用具有非常重要的意義。

本研究選用高溫高壓脫脂干燥處理后的落葉松木材，對其L*a*b*色度指數(shù)及漆膜性能（漆膜光澤度、漆膜附著力）進(jìn)行測定，考察分析該處理對木材顏色和涂飾性能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器

手持式分光光度計(jì)，型號：NF333，產(chǎn)地日本。

白度顏色測定儀（YQ-Z-48A型）、光澤度儀（KGZ-ΙA 型）、豬鬃漆刷、100號和120號木砂紙和水砂紙、圓規(guī)、雙面刀片、鋼尺（精確至1 mm）、氧化鋅橡皮膏等。

1.2 試驗(yàn)材料

本研究的前期研究是選用無節(jié)子的試件，在1 500 mm試件上截取100 mm長的試件一塊，用于確定最初試件的初含水率，調(diào)整試件至本試驗(yàn)所需要的含水率，然后進(jìn)行脫脂干燥試驗(yàn)。將選好的試件放入新型的多功能、全自動控制木材高溫蒸汽干燥設(shè)備，按照設(shè)定的介質(zhì)條件，分別進(jìn)行高溫高壓真空脫脂干燥實(shí)驗(yàn)。處理后的試樣放在陰涼通風(fēng)處，兩個(gè)星期后，測定試樣的樹脂含量，前期所測得的脫脂率為63%。

本部分研究試驗(yàn)材料為經(jīng)高溫高壓蒸汽-真空脫脂干燥處理（溫度為120、140、160、180 ℃，處理時(shí)間為 10、20、30、40 min，真空度為 -0.1 MPa）后的木材與素材相同部位的落葉松木材，含水率約為 11%，將其加工成尺寸為 1 200 mm (L) × 150 mm (W) × 20 mm (T)的試件，作為顏色測定試驗(yàn)材料，分別用其測量色度指數(shù)，共檢測64塊試件。將測試顏色后的落葉松木材，加工成尺寸為 160 mm (L) × 150 mm (W) × 18 mm (T)的試件，作為涂飾性能測定試驗(yàn)材料，共檢測40塊，每個(gè)漆種10塊。

硝 基 外 用 清 漆（exterior Nitrocellulose varnish）：Q01-1型，天津市油漆廠生產(chǎn)，信那水。

醇酸樹脂清漆（Alkyd varnish）：Ⅱ類，天津市油漆廠生產(chǎn)，醇酸稀料。

聚酯漆（雙組分）：天津市油漆廠生產(chǎn)。

聚氨酯清漆（單組分）（Polyurethane varnish）：天津市油漆廠生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 顏色測定

將處理前的落葉松板材砂去0.2 mm表層，分別在心材和邊材找出9個(gè)測試點(diǎn)，標(biāo)上記號，用手持式分光光度計(jì)測其各項(xiàng)色度指數(shù)，然后將板材放入高溫高壓蒸汽處理設(shè)備進(jìn)行高溫高壓蒸汽處理，再將其放在陰涼通風(fēng)處，使含水率達(dá)到平衡，含水率約為11%左右。再砂去0.3 mm表層，找到處理前板材的9個(gè)測試點(diǎn)，再用手持式分光光度計(jì)進(jìn)行測量各項(xiàng)色度指數(shù)，計(jì)算各項(xiàng)色度指數(shù)變化的數(shù)值，取其平均值。

本試驗(yàn)顏色計(jì)算采用國際照明委員會推薦的CΙE（1976）（L*a*b*）標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。測試中，記錄L*、a*、b*，分別由公式(1)計(jì)算總體色差△E*的值，再由公式(2)、(3)分別計(jì)算出色調(diào)角Ag*和飽和度C*。

△ E* =[(△ L*)2+(△ a*)2+(△ b*)2]1/2； （1）

Ag*=arctan(b*/a*)×180/π； （2）

C*=[(a*)2+(b*)2]1/2。 （3）

式(1)～（3）中 △E*為總體色差；L*為明度；a*為紅綠色品指數(shù)；b*為黃藍(lán)色品指數(shù)；Ag*為色調(diào)角；C*為飽和度。

1.3.2 涂飾性能測定：

參照國標(biāo)GB4893.6—85方法進(jìn)行測定：將涂飾后的試樣表面擦凈，每塊試樣選取3個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域，其中一個(gè)區(qū)域在試樣的中心，另外兩個(gè)可在任意位置選擇。將光澤度儀的測頭放在實(shí)驗(yàn)區(qū)域上，使木紋方向順著測頭內(nèi)光線的入射和反射方向，然后將所測得的三點(diǎn)光澤的讀數(shù)取其平均值作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.3.3 漆膜附著力測定

按照國標(biāo)GB4893.4—85 規(guī)定的方法，首先用電子天平稱量涂飾后的試材質(zhì)量。在試樣上任意取3個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域，3個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域中心相距大于65 mm，實(shí)驗(yàn)區(qū)域中心距試樣邊緣不小于40 mm。將刀片裝入刀片夾緊器，使刀刃露出模板的距離為0.3±0.02 mm。將刀刃沿著模板割槽，也就是在實(shí)驗(yàn)區(qū)域的漆膜表面切割出二組相互成直角的格狀割痕，每組割痕都包括11條長為35 mm，間距為2 mm的平行割痕。所有切口應(yīng)穿透漆膜至試材表面。割痕方向與木紋方向近似為45 °角。然后用漆刷輕輕撣去漆膜浮屑，將氧化鋅橡皮膏用手按壓，使之粘貼在實(shí)驗(yàn)區(qū)域上，順著對角線方向猛揭一次。然后用漆刷撣去表面漆膜浮屑，用電子天平稱出其質(zhì)量，和涂飾前的試材質(zhì)量相比較，計(jì)算質(zhì)量損失率。

2 結(jié)果與分析

圖1（a）、（b）、（c）、（d）分別為經(jīng)高溫高壓蒸汽-真空脫脂干燥處理后的落葉松木材的明度L*、飽和度C*、色調(diào)角Ag*、色差△E*隨處理溫度和時(shí)間變化的曲線圖。

圖1 落葉松木材表面色度學(xué)參數(shù)隨處理溫度和時(shí)間的變化Fig. 1 Larix surface color parameters changes with temperature and time

本試驗(yàn)前期脫脂試驗(yàn)過程中，可以明顯觀察到木材經(jīng)過高溫高壓處理后，其顏色會發(fā)生不同程度的變深，試驗(yàn)材與未處理材的顏色存在一定的色差。本試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。由圖1可以看出，處理后落葉松木材明度L*隨處理溫度的提高和處理時(shí)間的延長呈減小趨勢；飽和度C*隨處理時(shí)間的延長呈增大趨勢；色調(diào)角Ag*隨處理時(shí)間的延長逐漸減小，表示木材的顏色由偏黃色向偏紅色方向轉(zhuǎn)變，木材視覺上顏色略微變深，有從黃白色向黃褐色轉(zhuǎn)變的趨勢，這與試驗(yàn)中實(shí)際觀察的情況相吻合；色差△E*隨溫度的升高和處理時(shí)間的延長呈上升趨勢。熱處理過程是一個(gè)逐步而緩慢的過程，如果時(shí)間過短或溫度過低，試驗(yàn)材與素材幾乎沒有色差。在試驗(yàn)過程中如果延長處理時(shí)間或升高溫度，將會增加試驗(yàn)材色差。處理溫度和處理時(shí)間對處理后木材的顏色有很大的影響[11]。本試驗(yàn)?zāi)静脑诟邷馗邏赫羝幚磉^程中，隨處理時(shí)間的增加，試件顏色略由黃色向紅色方向發(fā)展的趨勢，明度向深色方向發(fā)展，綜合以上因素可以得出，熱處理過程中試材的顏色隨時(shí)間增加偏向于紅色和深色方向。熱處理過程中最敏感的木材顏色參數(shù)是明度，隨處理溫度升高和處理時(shí)間延長降低的比較明顯。由試驗(yàn)得出，木材的明度L*下降范圍為1.93～19.06%，紅綠色品指數(shù)a*下降范圍9.18～7.91%，黃藍(lán)色品指數(shù)b*下降范圍29.68～25.20%，色調(diào)角Ag*下降范圍1.25～8.94%，飽和度C*上升的范圍1.54～12.04%。由以上數(shù)據(jù)可見，雖然處理后落葉松表面色度學(xué)參數(shù)產(chǎn)生了一定程度的變化，這與高溫常壓處理后木材的顏色明顯變深變暗[12-17]的情況相比，高溫高壓蒸汽處理木材各項(xiàng)色度學(xué)指數(shù)的變化要小得多，基本保持了木材原有顏色的特點(diǎn)。導(dǎo)致木材顏色變化的原因可能是由于木材成分中的木質(zhì)素大分子及一些抽提物（黃酮類、酚類、單寧類）中的發(fā)色基團(tuán)（如羰基、C=C雙鍵、苯環(huán)）和助色基團(tuán)[18]（如羥基、羧基）在高溫下被氧化，從而導(dǎo)致顏色變深和變濃，高溫高壓蒸汽處理加速了多元酚類物質(zhì)及無色花色素和單寧等水溶性變色原物質(zhì)的擴(kuò)散和氧化反應(yīng)。木材中的纖維素和半纖維素本身的分子結(jié)構(gòu)不存在發(fā)色基團(tuán)，也不能吸收可見光，但其經(jīng)高溫高壓處理后，其熱解的產(chǎn)物中可能含有發(fā)色基團(tuán)，將可能導(dǎo)致落葉松木材顏色的變化。半纖維素、纖維素、木素在 180 ～ 300 ℃、240 ～ 400 ℃、280 ～ 550 ℃的溫度下可發(fā)生劇烈熱解[19]，但是在低于180 ℃的情況下，也會發(fā)生一定程度的降解。由此可看出，木材在高溫高壓蒸汽處理過程中會發(fā)生一些化學(xué)變化，導(dǎo)致木材顏色有所變化，但變化不是很明顯。

運(yùn)用SPSS軟件對明度、飽和度、色調(diào)角、色差的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行雙因素重復(fù)試驗(yàn)方差分析（影響因素為溫度和時(shí)間），對落葉松進(jìn)行高溫高壓處理，處理溫度及處理時(shí)間對明度、飽和度、色調(diào)角、色差均有顯著影響。

表1、表2分別為經(jīng)高溫高壓蒸汽-真空脫脂干燥處理落葉松木材與素材的漆膜光澤度及漆膜質(zhì)量損失率的情況。

表1 高溫高壓蒸汽脫脂干燥處理后落葉松木材與素材的漆膜光澤度Table 1 Lacquer film glossiness of Larix wood and original material after treated with high temperature high pressure steam degreasing and drying

由表1可以看出，隨著處理時(shí)間的延長和處理溫度的提高，落葉松木材的漆膜表面光澤度略呈下降的趨勢，處理后木材經(jīng)涂飾硝基清漆后，其光澤度降低了3.39%～30.30%；經(jīng)處理后木材，涂飾醇酸清漆后，其光澤度略呈下降趨勢，下降范圍為1.90%～8.55%；處理后木材經(jīng)涂飾聚氨酯漆后，其漆膜光澤度下降范圍為2.83%～19.58%；處理后木材經(jīng)涂飾聚酯漆后，漆膜光澤度下降范圍為0.82%～7.79%。由以上研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高溫高壓處理后的落葉松木材經(jīng)不同的油漆涂飾后，其漆膜光澤度的變化也不同，雖整體處于下降的趨勢，但和以往高溫常壓干燥的研究相比，下降的幅度都比較小。

由表2可見，高溫高壓蒸汽處理后，隨處理溫度的升高和處理時(shí)間的延長，漆膜質(zhì)量損失率呈上升趨勢，這說明木材的漆膜附著力有所降低，其原因可能是高溫高壓處理過程中木材內(nèi)一些成分降解生成的小分子物質(zhì)以及抽出物等的滲出并聚集在木材的表面，從而使漆膜的附著力降低?？梢?，高溫高壓處理可使木材的漆膜附著力降低，影響漆膜的質(zhì)量，因此高溫高壓蒸汽處理后木材的涂飾性能略低于素材。相比較而言，溫度對漆膜附著力的影響更明顯，處理后落葉松木材的漆膜質(zhì)量損失率較素材的漆膜質(zhì)量損失率增加了11.86%～117.65%。以往測定溫度為160～220 ℃、時(shí)間為3 h和5 h的高溫常壓處理后試件漆膜的質(zhì)量損失率較素材漆膜損失率增加了27.3%～209.3%[20]。本試驗(yàn)由于所用的處理時(shí)間較短，所測定的漆膜損失率雖然有所提高，但比高溫常壓長時(shí)間處理木材的漆膜損失率少很多，這說明高溫高壓蒸汽處理木材，好于以往高溫常壓處理后木材的涂飾性能。

表2 高溫高壓蒸汽脫脂干燥處理落葉松木材與素材漆膜質(zhì)量損失率Table 2 Mass loss rate of lacquer film of Larix wood and original material after treated with high temperature high pressure steam degreasing and drying

3 結(jié) 論

經(jīng)高溫高壓蒸汽-真空脫脂干燥處理后落葉松木材，對其顏色和涂飾性能進(jìn)行測試，結(jié)果如下：

（1）隨處理溫度的提高和處理時(shí)間的延長，木材明度L*明顯減小，飽和度C*呈增加趨勢，色調(diào)角Ag*逐漸減小，色差△E*呈上升趨勢。木材視覺上顏色略微變深，有從黃白色向黃褐色轉(zhuǎn)變的趨勢。與高溫常壓處理后木材的顏色明顯變深變暗的情況相比，高溫高壓蒸汽處理木材各項(xiàng)色度學(xué)指數(shù)的變化要小得多，基本保持了木材原有顏色的特點(diǎn)。

（2）隨著處理時(shí)間的延長和處理溫度的提高，木材的漆膜表面光澤度有下降的趨勢，漆膜質(zhì)量損失率有一定的增加。與素材涂飾的結(jié)果相比，光澤度下降的范圍為0.82%～19.58%。本試驗(yàn)由于所用的處理時(shí)間較短，所測定的漆膜損失率低于高溫常壓處理木材的漆膜損失率，這也說明高溫高壓蒸汽處理的木材，在涂飾性方面優(yōu)于高溫常壓處理后的木材。

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Color and painting properties of degrease drying treated Larix under high temperature and pressure

QΙ Hua-chun1, ZHU Zhi2, LΙU Yi-xing3, CHENG Wan-li3
(1.Forestry College, Beihua University, Jilin 132013, Jilin, China; 2.Jilin Sengong, Hongshi Density Fibreboard Plant, Huadian 132405, Jilin, China; 3. Materials College, Northeast Forestry University, Harbin150040, Heilongjiang, China)

Specimens from Northeast Larix wood were treated with high temperature and high pressure under the temperature of 120, 140, 160 and 180 ℃ , and treated time of 10, 20, 30 and 40 min, and vacuum of -0.1 MPa to test the color and painting properties of treated wood. The color index before and after the woods treated and coating f i lm properties before and after the specimens painted were respectively determined. The results show that all the color indexes of the wood treated with high temperature and high pressure had little change, the wood specimens remained largely the original colors of wood characteristics. Ιn terms of painting properties, the performance of un-grease treated wood with high pressure and high temperature overmatched that of the wood specimens treated under high temperature and general pressure.

Larix wood; high temperature and high pressure; degreasing; color; painting properties

S791.22；S781.7

A

1673-923X(2013)12-0135-05

2013-05-15

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（30871981）

齊華春（1971-），女，吉林吉林人，博士，講師，主要從事木材科學(xué)與技術(shù)方面的研究

劉一星（1954-），男，黑龍江哈爾濱人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事木材科學(xué)與技術(shù)方面的研究；E-mail∶yxl200488@sina.com

[本文編校：文鳳鳴]