作者:张双虎 来源:科学时报 发布时间:2010-4-12 9:33:11
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高建民小组诱发变色研究:让家具颜色更赏心悦目
 

枫桦在常压汽蒸条件下诱发变色过程
 


 

枫桦诱发变色前后的颜色对比
①未经处理的枫桦心材与边材 ② 0.10MPa、4h处理后的心材和边材
③0.30MPa、4h处理后的心材和边材 ④0.30MPa、6h处理后的心材和边材
 
变色是木材的缺陷之一,无论是在树木生长过程中,还是在原木、锯材的存贮、干燥或其他加工处理过程中都可能产生变色。
 
在国家自然科学基金的资助下,北京林业大学材料科学与技术学院教授高建民带领的研究小组,从木材的变色机理入手寻找变色原因,并根据相关研究成果,在木材加工中的一个重要环节——干燥处理过程中采取特殊的工艺手段,在改善木材利用性能的同时诱发色变,使木材颜色更加均匀、悦目,为木材的高效利用奠定了良好的基础。
 
“色差”差出的闹心事
 
编辑小张最近遇到一件闹心事。
 
今年春节前,小张夫妻在家具店看到一款实木衣柜,从做工、款式到价格,两人都十分满意。更巧的是,这套衣柜的颜色和自己原来那张床的颜色十分搭配。两人当即拍下定金,买了一套。可等家具送到,小张就发现衣柜的颜色和样品有些不同。小两口先后到店里核对了两次,没错!实物和样品的颜色就是不一样。
 
因为年关迫近,有很多事要处理,两人也就没顾上衣柜的事。可节后从老家回来,两人发现新衣柜的颜色好像又深了一些,尤其是左边的柜门和其他柜门、柜体颜色差异还挺明显。
 
小两口觉得应该找店家讨个说法,但店家拿出合同,小张一看就傻了眼,合同中店家写得清清楚楚,该款实木家具颜色和样品可能有些偏差,请消费者选购时注意。店家以不是家具质量问题,也不是自己过错为由,不同意退货。小张也找过家具市场的主管部门,工作人员在了解情况后说,色差是木材的天然属性所决定的,国家在制定相关标准时,对色差没有要求。出现这种情况不能算是店家的过错,可以和店家协商退货,但小张还得掏几百元的运费。
 
据业内人士介绍,从木材的切面就可了解木材色差的产生原理。树木在自然生长过程中,受气候变化和土壤条件差异的影响,自然形成同一株木材不同部分的色泽,纹理各异。心材位于树干横切面的内部,心材由边材逐渐转化形成,通常色深。而边材位于树干的外部,通常色浅。同时,木材的材色由于木材细胞内含有各种色素、树脂、树胶、单宁及油脂等客观因素形成,同一树种的木材由于干湿、断面树龄位置,在空气中暴露的时间、腐朽和真菌感染变色及树高部位和立地等因素不同,颜色都有变化。
 
掌握机理,诱发色变
 
“木材在干燥过程中产生的干燥变色导致木材使用价值和利用率的降低,这已经引起了国内外研究者的普遍关注。”高建民说,“引起木材色变的原因一是木材中的抽提物(一些容易色变的化学物质,如黄酮类、水解鞣质、香豆素以及羟基蒽醌类化合物等)不同,二是木材的木素结构各异。木材的抽提物主要集中在心材,首先研究引起木材色变的机理,找到色变原因后再施以不同的工艺手段,在热处理过程中让边材进行化学反应,使心材和边材的颜色差异小一些。甚至消除差异,加深颜色。”
 
高建民进一步解释说,木材的颜色是木材化学组分中的木素结构体系对可见光吸收、反射的结果。由于木素结构体中发色基团和助色基团的种类不同,发色基团和助色基团的结合形式不同,对可见光的吸收光谱不同,形成了色彩各异的木材颜色。然而由于湿、热等外界因素的影响,可导致木素结构体的改变从而使木材容易变色。利用木材易于受热、湿等外界因素影响而发生颜色改变的特征把木材的变色引入到木材颜色的优化处理过程,对木材的科学加工与高值化利用具有重要意义。
 
三角枫作为南方天然速生硬阔叶树材,以其美观的纹理、艳丽的材色和致密的材质可成为当今实木加工的理想用材,但由于存在易变色和腐朽等固有缺陷,至今未能充分利用。因为木材容易出现色差和变色,在中低端实木家具市场上,部分品牌因为处理工艺的问题,会造成家具、地板等颜色出现偏差。信誉好一些的企业会在制造实木家具时,在柜门、桌面等关键部位将颜色相近的木板拼合在一起,或拼出颜色平缓的过渡。但随着时间的推移,实木家具或多或少会出现一些颜色的变化。
 
在国家自然科学基金的资助下,高建民项目组以三种阔叶材(三角枫、枫桦、刺槐)为研究对象,围绕抽提物成分与木素结构在干燥过程中的化学变化、干燥条件下的变色过程与色度学特征、木素结构变化对色度学参数影响等进行了深入研究,揭示了木材干燥过程中诱发变色机理。
 
研究人员通过诱发变色条件下木素结构与色度学参数对应关系的研究,获得了诱发变色干燥工艺参数。该研究阐明了干燥条件下抽提物成分与木素结构的化学变化过程中木素结构官能团变化,探讨了诱发变色条件、色度学参数与木素结构对应关系,为木材诱发变色的深入研究以及实现木材资源的高效利用提供了理论基础和技术支撑。
 
“因为木材是在干燥过程中逐步变色的,我们因势利导,提出了诱发变色的概念,通过一些工艺手段,诱发它产生变色。我们首先利用几种十分常见,而且容易发生色变的阔叶木材进行研究,搞清楚了它在干燥过程中诱发变色的机理,并在实践中取得了比较理想的结果。我们对三角枫进行诱发变色处理后,颜色更均匀、悦目。”高建民说。
 
控制变色,给家具美容
 
该研究小组发现,可以诱发木材产生色变的工艺手段很多。如改变温度、湿度,利用常压饱和蒸汽条件,压力饱和蒸汽条件,不同工艺处理时间控制等,会诱发木材颜色变化的深浅不同,这为人们对木材制品进行颜色控制提供了可能。家具制造商可以根据不同时期,人们对不同颜色的偏好来加工木材,对木材制品进行变色处理。比如,前一段时间,红榉木板材比白榉木板材更受顾客青睐,家具制造者就能够摆脱木材原料的制约,用这种工艺手段来加工出红榉木家具、地板等。
 
“使木材的色泽由淡变深,是通过蒸汽处理来实现的。这种材色变化的效果,与树种及其木材本色有关,也同处理时的木材含水率、处理温度、相对湿度及处理时间有关。例如白榉木蒸汽处理后变成淡淡的粉红褐色,即所谓红榉的色泽,比较好看。而水曲柳、柞木、栎木之类的木材,处理后变成暗褐色,松木之类变成暗灰褐色,均因色泽灰暗而不如本色好看。因此,木材变色处理必须因材而异。工艺方面,木材的含水率越高、处理温度越高、相对湿度越高、处理时间越长,色泽的变化越深。”高建民说,“下一步我们要对所有木材,按不同的木素结构和抽提物的成分差异进行分类,找出它在不同的工艺条件下,产生怎样的颜色变化。当然,这里面还有大量工作要做。”
 
《科学时报》 (2010-4-12 A4 科学基金)
 
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