CN101722550B

CN101722550B - 一种诱发枫桦木材变色的方法及枫桦变色木

Info

Publication number: CN101722550B
Application number: CN2009102436391A
Authority: CN
Inventors: 樊永明; 高建民; 陈瑶; 曹艳艳
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: CN101722550A

Abstract

本发明公开了一种诱发枫桦木材变色的方法和枫桦变色木。本发明方法包括对枫桦木材进行汽蒸处理。枫桦变色方法诱发枫桦的颜色由不均匀的粉红色向红色和深色方向变化，获得均匀的深红棕色、红色变色枫桦木材，让人感到稳重、舒适；而且制备的枫桦变色木的颜色均匀，提高了枫桦木材的利用率和增加了枫桦木材是使用价值。

Description

一种诱发枫桦木材变色的方法及枫桦变色木

技术领域

本发明涉及一种木材的着色处理及着色木材，特别涉及一种枫桦木材的变色处理及枫桦变色木材。

背景技术

木材除含纤维素、半纤维素、木素等主要成分外，还含有少量酶、酚类抽出物及无机盐类等，其含有的有机物成分容易被微生物分解、与化学药物产生反应、在光和热的作用下发生物理化学性质的变化发生变色。

目前，随着国内外木材资源的日益减少，充分利用有限的木材资源成为当今研究的重点，变色是木材在其干燥，储存、运输和其他加工处理过程中经常发生的现象。尤其是在木材的干燥处理过程中，在改善木材利用性能的同时又诱发了木材变色。木材变色在一定程度上阻碍了木材的深加工和高效利用。

木材的颜色在木素中的官能团的变化以及受外界环境的影响会发生变色，通常认为变色是木材腐朽的前期表现，也是木材保存和加工过程的缺陷之一。多年以来，国内、外学者把研究的目标集中在木材的变色机理和木材变色的防护上。实际上，木材的变色并不完全是木材腐朽的前期表现，如：木素中发色基团增减使木材颜色的变化、木材浸提物中的变色原物质的浸出引起木材的变色等。

例如：公开号为CN1250711A的发明专利申请公开了一种木材加工处理工艺，对木材着色，防腐普遍利用表面处理技术，该技术采用在防腐槽内加入清水，再注入定量工业用盐、火碱和纯碱混合物，以及直接染料配制成水溶液，并将欲着色的木料投入溶液内，在常温下，浸泡24小时，取出干燥。该木材加工处理工艺是防止木材变色，该方法使用了化学试剂，耐久性和均匀性差，对环境和木材污染严重，力学性能降低等。

木材的变色是一个较为复杂的物理化学过程，引起木材变色的因素很多，树种、立地条件、加工条件、以及使用条件等不同，引起木材变色的因素也不相同，主要体现在木材中发色基团的增减和改变上。它首先发生在表面，然后逐渐向内部扩散。根据导致木材表面材色的变化的因子，可分为：光变色、化学变色、微生物变色、热变色以及酶变色。

木材的颜色是木材表面性质和品质评价指标之一，也是木材应用价值评价指标之一，它不仅与人们的视觉和心理感觉紧密相关，而且能够反映木材的品质和树种等性质。由于木材颜色受温度、湿度影响较大，对于一些干燥过程中易变色的树种，如果其变色后的颜色符合人们的兴趣爱好，就可以在木材干燥或其他加工处理过程中进行诱发变色，在不使用染料和不使木材腐蚀的前提下，使木材的颜色变化均匀而美观，而且某些物理和化学变色并不影响木材的物理、力学性能和使用性能，如东北的枫桦在高温干燥条件下其颜色与樱桃木的颜色比较接近。

木材的诱发变色是利用木材天然的化学结构和化学成分，使其在一定条件下发生结构的变化而使木材颜色产生变化，从而获得均匀和美观的变色木材。木材的诱发变色可以看作是在不使用任何染料或/和防腐剂的条件下，木材的染色过程，使木材的颜色发生变化，诱发变色过程中通过物理或化学的方法，诱发木材中的化学物质(主要指木材中的抽出物)和改变与调整木素中的发色团和助色团，使木材产生变色，并使木材的品质和外观优化的过程。这样的变色不但使木材的颜色更美观，而且不影响木材的使用，提高木材利用价值。

现在对木材变色的研究大都集中于泡桐、马尾松、铁杉、椴木、云杉和橡胶木等少数材种，而且仅针对防变色的方法，到目前为止，还没有针对枫桦(Betulacostata Trautv)诱发变色的研究报道。

枫桦(Betulacostata Trautv)又称千层桦、黄桦、硕桦，为阔叶落叶大乔木，树高达30余米，胸径可达90cm，木材蓄积量较多，生长较快，是次生林的先锋树种。枫桦木材的芯材、边材的颜色区别明显，外皮表面为黄白色，具有金属光泽，呈现银光。多层反卷菠萝，裂片纸质、薄而脆，极不规整，常构成多层重叠的硬块。芯材为黄褐色，具有光泽，无特殊气味和滋味，木材结构纹理直，结构均匀，重量、硬度属中等。但该木材不耐腐，干燥过程中容易变色，变成不均匀的粉红色，使产品降等严重，造成很大的经济损失，所以利用受到限制，尚未找到有效的利用途径。

枫桦是我国东北地区重要的、高经济价值的硬阔叶树种，是阔叶树材中蓄积量较多的一种。枫桦分布广、面积大、产量高，集中分布在中国东北小兴安岭、长白山林区，河北、河南、陕西、宁夏、青海、四川、云南、西藏以及俄罗斯沿海地区。枫桦木材容易加工，适于旋切。普遍用于胶合板、家具、地板及室内装修用材。

在枫桦木材的干燥过程中通过调节温度和湿度，使枫桦木材得到更理想的颜色，使刺槐的颜色向红色和深色方向变化，获得均匀的深红棕色、红色变色枫桦木材，让人感到稳重、舒适；而且制备的枫桦变色木的颜色均匀，提高了枫桦木材的利用率和增加了枫桦木材的使用价值。

目前，国内外尚无有关枫桦木材诱发变色方面研究报导。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种诱发枫桦木材变色的方法和由该方法诱发的枫桦变色木，本发明方法操作容易、处理方法简单，应用方便，制备的枫桦变色木颜色均匀，木材颜色趋向于珍贵木材的颜色，使枫桦木材获得更高的使用价值。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种诱发枫桦木材变色的方法，包括对枫桦木材依次进行汽蒸处理和真空干燥处理。

其中，所述的汽蒸处理过程中的相对压力为0-0.75MPa，优选为0-0.4MPa，最优相对压力为0MPa。

其中，所述的汽蒸处理的处理时间为4-10小时，优选为4-8小时。

特别是，枫桦木材选择为枫桦的心材。

其中，所述的真空干燥处理的相对真空度为-0.05～-0.1MPa，优选为-0.07～-0.095MPa。

其中，所述的真空干燥处理的干燥温度≤50℃，优选为10-30℃，最优温度为20-30℃。

特别是，干燥后的枫桦木材的含水率为3-10％，优选为3-5％。

本发明又一方面提供一种按照上述方法制备而成的枫桦变色木。

本发明的变色处理方法具有如下优点：

1、本发明诱发枫桦木材变色方法操作容易、简单易行，应用方便，变色木的生产成本低廉。

2、本发明诱发枫桦变色的方法，通过诱发变色可以使普通的枫桦木材的颜色由不均匀的粉红色向红色或深红色变化，诱发变色处理后变色枫桦木材的颜色均匀，使低品质木材获得人们期望的色彩和花纹，掩盖木材固有缺陷，修饰木材的颜色，提高木材的品质和利用价值，利用枫桦变色制备的产品的颜色美观，提高了枫桦木材的使用价值。

3、本发明方法克服了染色木材生产过程中由于染色处理步骤中产生的大量废水废液的缺陷，利于环境保护，达到了环保的目的。

4、本发明制备的枫桦变色木的原料易得，制备方法简单，生产成本低廉，提高了枫桦木材的使用价值，增加枫桦树种附加经济价值。

具体实施方式

枫桦材采自黑龙江省方正县高愣林场，由于枫桦木边材反卷剥落，将边材去除，留取心材备用，其中枫桦木材的初含水率为67％。

实施例1

1)试样制备

将枫桦木材心材制成规格为150×40×20mm(长×宽×厚)的试样，选择颜色均一的弦向和径向两面作为测试面；

2)汽蒸处理

将枫桦试样置于装有水的不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器(合肥华泰医疗设备厂)内，加热升温，使蒸锅内的水保持沸腾，产生蒸汽，对枫桦试样进行汽蒸处理，其中，汽蒸处理的相对压力为0MPa，时间为10小时；

3)真空干燥处理

汽蒸处理后的枫桦试样冷却降温至25℃后，置于真空干燥箱内，进行真空干燥处理，制得枫桦变色木，其中，真空干燥温度为25℃，干燥处理时的相对真空度为-0.095MPa，干燥后的枫桦变色木的含水率为5％。

按照CIE(L^*a^*b^*)标准色度学表征系统对枫桦木材颜色进行精确定量表征，并根据实验结果进行总体色差(ΔE)和视觉物理参数分析。

CIE(L^*a^*b^*)标准色度学表征系统的主要视觉物理参数L^*、a^*、b^*和Ag^*，其中

L^*：明度，完全白的物体视为100，完全黑的物体视为0；

a^*：红绿轴色度指数，正值越大表示颜色越偏向红色，负值越大表示越偏向绿色；

b^*：黄蓝轴色度指数，正值越大表示颜色越偏向黄色，负值越大表示越偏向蓝色。

Ag^*：色调角，Ag^*＝arctan(b^*/a^*)

试样按照弦向和径向两面取3个点进行测定，取平均值作为最终测量值。依据CIE(1976)L^*a^*b^*色度学参数计算ΔL^*、Δa^*、Δb^*、ΔC^*、ΔAg^*和ΔE^*。计算方法为：

C^*＝(a^*2+b^*2)^1/2；

ΔE^*＝(ΔL^*2+Δa^*2+Δb^*2)^1/2；

ΔL^*＝L_n ^*-L₀ ^*；

Δa^*＝a_n ^*-a₀ ^*；

Δb^*＝b_n ^*-b₀ ^*；

ΔC^*＝C_n ^*-C₀ ^*

ΔAg^*＝Ag_n ^*-Ag₀ ^*

ΔL^*：明度差，正值表示比对照样明亮，负值表示比对照样暗；

Δa^*：a^*的变化值，正值越大表示颜色越偏向红色，负值越大表示颜色越偏向绿色；

Δb^*：b^*的变化值，正值越大表示颜色越偏向黄色，负值越大表示颜色越偏向蓝色；

ΔC^*：色饱和度差值，正值表示比对照样鲜明，负值表示比对照样暗深；

ΔAg^*：色调角差，数值越大表示色调变化越大；

ΔE^*：色差，又称总体色差，数值越大表示被测物和对照物颜色差别越大。

枫桦变色木采用TC-PIIG型全自动测色色差计(北京光学仪器厂)测定木材颜色和视觉物理参数，测定结果如表1所示。

实施例2

除了汽蒸处理的相对压力为0MPa，时间为8小时；汽蒸处理后的试样冷却降温至10℃后，进行真空干燥处理，其相对真空度为-0.07MPa，干燥温度为10℃，干燥后的枫桦变色木的含水率为10％之外，其余与实施例1相同。

制备的枫桦变色木采用TC-PIIG型全自动测色色差计测定其颜色视觉物理参数，测定结果如表1所示。

实施例3

除了汽蒸处理的相对压力为0MPa，时间为4小时；汽蒸处理后的试样冷却降温至30℃后，进行真空干燥处理，其相对真空度为-0.09MPa，干燥温度为30℃，干燥后的枫桦变色木的含水率为3％之外，其余与实施例1相同。

实施例4

除了将枫桦试样置于不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器内，加热升温，进行加压汽蒸处理，汽蒸处理的相对压力为0.035MPa(即绝对压力为0.135MPa)，处理时间为10小时；汽蒸处理后的试样冷却降温至20℃后，进行真空干燥处理，其相对真空度为-0.095MPa，干燥温度为20℃，干燥后的枫桦变色木的含水率为3％之外，其余与实施例1相同。

实施例5

除了将枫桦试样置于不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器内，加热升温，进行加压汽蒸处理，汽蒸处理的相对压力为0.25MPa(即绝对压力为0.35MPa)，处理时间为8小时；汽蒸处理后的试样冷却降温至30℃后，进行真空干燥处理，其相对真空度为-0.07MPa，干燥温度为30℃，干燥后的枫桦变色木的含水率为10％之外，其余与实施例1相同。

实施例6

除了将枫桦试样置于不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器进行加压汽蒸处理，汽蒸处理的相对压力为0.4MPa(即绝对压力为0.5MPa)，处理时间为4小时；汽蒸处理后的试样冷却降温至10℃后，进行真空干燥处理，其相对真空度为-0.09MPa，干燥温度为10℃，干燥后的枫桦变色木的含水率为5％之外，其余与实施例1相同。

对照例1

以制备的枫桦试样为对照例1，采用TC-PIIG型全自动测色色差计测定其颜色视觉物理参数，测定结果如表1所示。

对照例2

以枫桦试样进行常规干燥后得到的变色枫桦木为对照例2，其中，干燥过程中的相对压力为0MPa，干燥温度为120℃，干燥后的木材的含水率为3％。

采用TC-PIIG型全自动测色色差计测定其颜色视觉物理参数，测定结果如表1所示。

表1 枫桦变色木的视觉物理参数检测结果

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	对照例1	对照例2
									L^*	61.88	58.68	55.57	54.00	47.53	44.52	67.61	61.76
a^*	12.44	10.59	11.62	12.31	13.18	16.64	9.41	7.51
									b^*	21.59	18.81	20.92	16.19	18.26	19.32	22.71	19.69
Ag^*	60.05	60.62	60.95	52.75	54.18	49.26	67.49	69.12

ΔL^*	-5.73	-8.93	-12.04	-13.61	-14.23	-23.09	-	-
									Δa^*	3.03	1.18	0.21	2.9	3.77	7.23	-	-
Δb^*	-1.12	-3.9	-1.79	-6.52	-8.45	-3.39	-	-
									ΔAg^*	-7.44	-6.87	-1.71	-14.74	-20.24	-18.23	-	-

检测结果表明：

1、枫桦变色处理过程中视觉物理参数ΔL^*、Δb^*和ΔAg^*均为负值，趋势为减小；Δa^*为正值，趋势为增大，说明诱发变色使枫桦颜色的变化趋势向红色和深色方向变化，可获得均匀的灰红褐色变色枫桦木材；

2、枫桦经高温、高湿，尤其是高温汽蒸条件下的诱发变色，主要视觉物理参数为L*＝44.52-61.88，a*＝10.59-16.64，b*＝16.19-21.59，Ag*＝49.26-60.95，变色枫桦木呈红色至深红色。

3、试验结果表明高温高湿条件下的汽蒸处理对枫桦木材具有很好的诱发变色效果。诱发变色使枫桦木材颜色的变化趋势向红色、深红色方向变化，可获得颜色均匀，让人感到稳重、舒适的枫桦变色木，增加了枫桦木材的附加经济价值。

试验例枫桦变色木颜色均匀性

将实施例1-6和对照例1-2的枫桦木材的一个长×宽的面作为测试面，在测试面上任意选择3个测试点，采用TC-PIIG型全自动测色色差计测定木材颜色和视觉物理参数，测试检测结果如表2、3、4、5所示。

表2 枫桦变色木颜色均一性试验结果

表3 枫桦变色木颜色均一性试验结果

表4 枫桦变色木颜色均一性试验结果

表5 枫桦变色木颜色均一性试验结果

测试结果表明：

在任意选取的各个测试点上，枫桦变色木的色度指数值(L^*，a^*，b^*，Ag^*)变化很小，各个参数的相对偏差小(在0.3％以内)，证明了枫桦变色木的颜色均匀稳定。说明采用本发明方法诱发枫桦木材变色后的变色枫桦木的颜色均匀，枫桦变色木的视觉感官美观、舒适，提高枫桦木材的品质。

对照例1在不同点上的值变化较大，相对偏差大(以Ag^*为例，相对偏差1.05％)，说明颜色均一性很差。

对照例2在不同点上的值变化较大，相对偏差大，其中L^*的平均相对偏差为2.54％；a^*的平均相对偏差为5.1％；b^*的平均相对偏差为4.5％；Ag^*的平均相对偏差为0.48％，各测试点上相对偏差数值很大，说明颜色均一性很差。

控制枫桦木材在低温真空干燥条件下进行干燥，使得生成的枫桦变色木的颜色均一。

Claims

1.一种诱发枫桦木材变色的方法，具体步骤：

1)取枫桦木材心材作为枫桦试样，枫桦木材心材采自黑龙江省方正县高愣林场；枫桦木材的初含水率为67％；将枫桦木材心材制成规格长×宽×厚为150×40×20mm的试样，选择颜色均一的弦向和径向两面作为测试面；

2)将所述枫桦试样置于装有水的不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器内，加热升温，使所述不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器蒸锅内的水保持沸腾，产生蒸汽，对所述枫桦试样进行汽蒸处理，其中所述汽蒸处理的相对压力为0MPa，时间为10小时；

3)汽蒸处理后的枫桦试样冷却降温至25℃后，置于真空干燥箱内，进行真空干燥处理，制得枫桦变色木，其中，真空干燥温度为25℃，干燥处理时的相对真空度为-0.095MPa，干燥后的枫桦变色木的含水率为5％。

2.一种诱发枫桦木材变色的方法，具体步骤：

2)将所述枫桦试样置于装有水的不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器内，加热升温，使所述不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器蒸锅内的水保持沸腾，产生蒸汽，对所述枫桦试样进行汽蒸处理，其中所述汽蒸处理的相对压力为0MPa，时间为8小时；

3)汽蒸处理后的枫桦试样冷却降温至10℃后，置于真空干燥箱内，进行真空干燥处理，制得枫桦变色木，其中，真空干燥温度为10℃，干燥处理时的相对真空度为-0.07MPa，干燥后的枫桦变色木的含水率为10％。

3.一种诱发枫桦木材变色的方法，具体步骤：

2)将所述枫桦试样置于装有水的不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器内，加热升温，使所述不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器蒸锅内的水保持沸腾，产生蒸汽，对所述枫桦试样进行汽蒸处理，其中所述汽蒸处理的相对压力为0MPa，时间为4小时；

3)汽蒸处理后的枫桦试样冷却降温至30℃后，置于真空干燥箱内，进行真空干燥处理，制得枫桦变色木，其中，真空干燥温度为30℃，干燥处理时的相对真空度为-0.09MPa，干燥后的枫桦变色木的含水率为3％。

4.一种枫桦变色木，其特征是按照如权利要求1-3任一所述方法制备而成。