超高溫?zé)釅禾幚韺ι寄颈砻骖伾肮鉂啥鹊挠绊?/h1>
2019-04-23 09:50:38蔣秋芳馬靈飛聶玉靜黃賽賽
浙江林業(yè)科技 2019年6期
蔣秋芳，馬靈飛，聶玉靜，盛 浩，黃賽賽
超高溫?zé)釅禾幚韺ι寄颈砻骖伾肮鉂啥鹊挠绊?/p>
蔣秋芳，馬靈飛，聶玉靜，盛 浩，黃賽賽
（浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 杭州 311300）
以杉木邊材為試樣在280340℃分別熱壓處理5 s和10 s，研究溫度和時(shí)間對杉木顏色及光澤度的影響。結(jié)果表明：杉木經(jīng)熱壓處理后弦切面的明度最低值為45.21，下降了37.9%，徑切面的明度最低值為41.91，下降了38.8%，弦切面和徑切面色差最大值分別為27.8和27.29。隨著熱處理溫度的升高或時(shí)間的延長，明度值下降幅度逐漸增大，杉木表面光澤度上升。弦切面的明度變化率和總體色差隨處理?xiàng)l件變化趨勢與徑切面相似，2項(xiàng)指標(biāo)之間呈強(qiáng)相關(guān)性；平行/垂直于木材紋理的光澤度的最高上升率分別是42.86%和35.42%，變化趨勢基本相似，熱壓時(shí)間對光澤度的影響大于熱壓溫度。
杉木；超高溫；熱壓處理；顏色；光澤度
材色作為一個(gè)重要的視覺物理量，決定了消費(fèi)者的第一印象，不僅賦予木制工藝品鮮活的生命力，也越發(fā)成為材料銷售競爭力的重要因素和材料是否具有商業(yè)價(jià)值的重要指標(biāo)。因此，為解決材色問題，該領(lǐng)域研究工作者致力開發(fā)顏色調(diào)控技術(shù)，如木材漂白[1]、著色[2]和熱處理等。熱處理作為一種綠色環(huán)保且能改良木制品顏色的純物理改性方法，近年來在歐洲國家已建立較健全的產(chǎn)業(yè)體系。木材熱處理方法主要有4種：一是水蒸氣、惰性氣體及生物質(zhì)燃?xì)獾葰庀嘟橘|(zhì)[3-5]，二是油作為傳熱介質(zhì)[6]，三是熏煙、電磁波等熱處理[7-8]，四是真空熱處理[9]。但采用氣相介質(zhì)熱處理對溫度精度控制要求極高；以油為傳熱介質(zhì)處理后的木材一般殘留油味；此外熏煙、電磁波、真空熱處理等方法各有其特點(diǎn)，適合處理特定需求和附加值較高的木材，普遍存在生產(chǎn)成本高和安全操作隱患等問題。有研究采用高溫?zé)釅禾幚砻裰癫牡姆椒?，用簡單的工藝技術(shù)和設(shè)備，較短的生產(chǎn)周期和低成本實(shí)現(xiàn)對竹材快捷高效的顏色調(diào)控[10]。目前，市場上此類接觸式的熱壓處理方式使用較少，在木材領(lǐng)域未見相關(guān)報(bào)道。本文采用超高溫?zé)釅悍绞教幚砩寄?，探討超高溫?zé)釅簵l件對杉木木材顏色和光澤度變化的影響。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
杉木邊材，含水率8%10%，氣干密度0.30.5 g·cm-3，購自浙江杭州臨安建材市場。挑選無開裂、腐朽、變色等缺陷的試件，加工成規(guī)格為20 mm×20 mm×20 mm（徑長×寬×弦高）的試件。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
XLB-35UX350熱壓力成型機(jī)；DC-P3型全自動(dòng)測色色差計(jì)；DR60A型光澤度儀。
1.3 試驗(yàn)方法
1.3.1 超高溫?zé)釅禾幚?先將試樣置于溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±5）%的調(diào)溫調(diào)濕箱直至質(zhì)量恒定，將初步處理完的試件分別進(jìn)行編號(hào)，設(shè)置處理溫度為280，300，320和340℃，處理時(shí)間分別為5 s和10 s，熱壓壓力為1 MPa左右。熱壓后取出樣件，自然冷卻至室溫后再進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕至平衡穩(wěn)定狀態(tài)，每種處理?xiàng)l件試樣6個(gè)，以同一尺寸未經(jīng)熱壓處理的試樣（進(jìn)行相同調(diào)溫調(diào)濕處理）作為對照，重復(fù)3次。
1.3.2 顏色表征 選試件表面中心位置且顏色光澤感均一處作為測量點(diǎn)，弦切和徑切兩面各選定3個(gè)點(diǎn)，根據(jù)國際照明委員會(huì)CIELab顏色標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，分別在熱處理前后用色差儀測量選定點(diǎn)的平均值記作各項(xiàng)顏色參數(shù)，以此作為熱處理材顏色變化的基準(zhǔn)，用明度值*，紅綠色品指數(shù)*，黃藍(lán)色品指數(shù)*，總體色差△*；為分析熱處理時(shí)間和溫度對各項(xiàng)顏色參數(shù)的影響，從基準(zhǔn)上再引入各項(xiàng)變化率（試樣熱處理前后明度變化率△* R%、紅度變化率△* R%以及黃度變化率△* R%）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。
1.3.3 光澤度的測定 采用數(shù)字式光澤度儀測量，投身角度為60°，光源入射方向?yàn)槠叫杏谀静募y理和垂直于木材紋理方向，所用DR60A型光澤度儀是遵照ISO－2813，GB9754，GB9966，GB/T13891國家標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)試件測3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測2次，取平均值作為測定值。
1.4 數(shù)據(jù)分析
本文圖表數(shù)據(jù)處理軟件為Origin 2019和SPSS，采用單因素方差分析和多重比較檢驗(yàn)法對明度差△*與△*相關(guān)性，△* R%及△*隨熱處理?xiàng)l件變化趨勢相關(guān)性進(jìn)行分析，用值表示。
2 結(jié)果與分析
2.1 高溫?zé)崽幚韺υ嚥谋砻骖伾挠绊?/h3>
圖1為杉木材表面經(jīng)不同高溫?zé)釅汗に囂幚砗蟮念伾兓瘜Ρ?。由圖1可見，隨著處理溫度的升高，熱處理時(shí)間的延長，杉木材明度*逐漸降低，顏色均勻地從淺黃偏白色向黑褐色轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他學(xué)者相似[11-12]，相較其他熱處理工藝，此法有效提高了明度變化的效率。
由圖2可知，在相同條件下，杉木經(jīng)熱壓處理后明度值*均變小，杉木處理前后徑切面的明度值均低于弦切面。未處理時(shí)兩個(gè)切面的*值相差3 ~ 4個(gè)單位，280 ~ 300℃處理后兩個(gè)切面的*值相差5個(gè)單位，320℃和340℃時(shí)分別相差7 ~ 8個(gè)單位和10個(gè)單位，隨著處理溫度的升高和處理時(shí)間的延長，試件的兩個(gè)切面△*絕對值逐漸擴(kuò)大。紅綠色品指數(shù)*和黃藍(lán)色品指數(shù)*隨處理溫度和時(shí)間條件變化不明顯。杉木表面明度發(fā)生變化，主要因大含量木質(zhì)素及一些有機(jī)內(nèi)含物（如黃酮類、酚類）等木材成分中具有一些發(fā)色、助色基團(tuán)，如羰基、C=C雙鍵、和羥基等[13]。木材的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等自身分子結(jié)構(gòu)無類似基團(tuán)，但在超高溫?zé)釅禾幚磉^程中會(huì)發(fā)生劇烈分解，其熱分解產(chǎn)物含有發(fā)色基團(tuán)，如糠醛。當(dāng)基團(tuán)在某種化合物中以一定的形式結(jié)合，其吸收光譜會(huì)從紫外光區(qū)延伸到整個(gè)可見光區(qū)，使顏色加深[14]。
圖1 高溫?zé)釅禾幚砗笊寄静念伾?/p>
Figure 1 Color ofwood before and after treatment by different temperature and duration
圖2 杉木表面熱處理前后的a*，b*，L*值（A弦切面；B徑切面；下同）
Figure 2 Luminance andchrominance of in tangential and radial section ofwood before and after treatment by different temperature and duration
由圖3可見，在相同條件下，隨著熱處理時(shí)間的延長和熱處理溫度的升高，明度差△*和色差△*增加，兩者呈顯著正相關(guān)（＜0.01）；徑切面的△*隨之增大，且不同熱處理?xiàng)l件下的數(shù)值差異性較大；弦切面的△*也隨之增大，但不同熱處理溫度和時(shí)間下的數(shù)值差異性較小。前人對人工林杉木熱處理材顏色的研究發(fā)現(xiàn)，200℃/3 h的條件下的△*分別為24.17（處理過程中不控制氧氣濃度）[15]和26.51（飽和水蒸氣控制氧氣濃度2%）[16]。本研究在處理溫度320℃、處理時(shí)間5 s和10 s后，弦切面色差△*分別為22.90和24.67，徑切面色差△*分別為25.90和27.29；340℃條件下處理5 s，即已達(dá)到別組210℃熱處理2 h產(chǎn)生的色差水平[17]。說明熱壓處理有效提高了增大表面色差的效率。
由圖4可知，溫度為280340℃時(shí)分別熱壓5 s和10 s后，試件弦切面的△* Ｒ%同比下降了16.76%和10.58%，即處理溫度分別為280，300，320和340℃時(shí)，處理時(shí)間5 s和10s的△* Ｒ%分別減小8.09%，6.14%，1.2%，1.91%；徑切面△* R%同比下降14.71%和8.32%。試件徑切面的明度變化率與弦切面的變化趨勢相似，2項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性。弦切面與徑切面的顏色差異可能是由杉木具有極細(xì)的木射線，其徑切面上的孔隙數(shù)量大于弦切面，和兩者的木質(zhì)素組成和抽提物含量不等造成[18]。相同處理?xiàng)l件下徑切面的△* R%絕對值均大于弦切面，因此，熱壓處理?xiàng)l件對杉木徑切面明度變化影響較弦切面更為明顯。存在的差異性可能是在熱處理過程中，徑切面中的抽提物和化學(xué)組成（半纖維素和/或木質(zhì)素）參與顏色變化反應(yīng)更劇烈[19]。在280℃，△* R%隨熱壓處理時(shí)間變化的差異最顯著，差值6%8%。
圖3 不同熱壓處理溫度和時(shí)間對杉木表面△E*, △L*, △a*, △b*的影響
Figure 3 Effect of various temperature and duration on difference of luminance andchrominance ofwood
圖4 不同熱處理溫度和時(shí)間下的△L* R%, △a* R%, △b* R%
Figure 4 Change of luminance andchrominance ofwood treated by various heat temperature and duration
2.2 高溫?zé)釅禾幚韺υ嚥谋砻婀鉂啥鹊挠绊?/h3>
光澤度是在一組幾何規(guī)定條件下對材料表面反射光的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的視覺物理量。良好的感覺特性能提升材料銷售競爭力和商業(yè)價(jià)值。由圖5可見，經(jīng)熱壓處理后試件（平行于木材紋理的光澤度）值均大于（垂直于木材紋理的光澤度）值，參照對比組的（4.6%5.1%）和（4.3%4.8%），原因是垂直于纖維方向入射條件下所測量得到的曲線相對平行入射時(shí)更平緩[20]。高溫?zé)釅禾幚砗?，?.7 ~ 7.0之間變化，在4.5 ~ 6.5之間變化，兩個(gè)切面的光澤度均提升，且隨處理溫度的升高、時(shí)間的延長，上升幅度增大。筆者認(rèn)為，試件經(jīng)高溫?zé)釅禾幚砗螅旧渚€薄壁細(xì)胞和細(xì)胞腔的內(nèi)含物（油、樹脂）溢出在表面形成包漿[21]，使相較處理前的表面更致密且有光澤感。
圖5 杉木表面熱壓處理前后的光澤度值
Figure 5 Gloss of in tangential and radial section ofwood before and after hot pressure treatment
處理溫度280℃分別熱壓5 s和10 s后，試件值較處理前上升了2.17%和26.09%，值則上升了4.65%和18.18%，表明在280℃時(shí)，時(shí)間影響顯著。300~ 340℃分別熱處理5 s和10 s后，試件的和分別較處理前上升了19.15%42.86%%和23.25%35.42%?？梢姡淖兓厔菖c基本相似，僅在變化幅度上整體略高于，且熱壓時(shí)間對試件表面光澤度的影響大于熱壓溫度。
3 結(jié)論
隨著熱壓處理溫度的升高和時(shí)間的延長，經(jīng)處理后的杉木弦切面和徑切面明度*均變小，紅綠色品指數(shù)*和黃藍(lán)色品值*變化不規(guī)律；杉木弦切面明度變化率及色差隨熱處理?xiàng)l件變化趨勢與徑切面均相同，2項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性（＜0.05），比較弦、徑切面在熱壓處理前后之間的色差，在低處理?xiàng)l件下兩者均可達(dá)到人肉眼可分辨（△*＞15）的程度。熱壓處理?xiàng)l件對杉木徑切面明度變化率相較弦切面高出3.5%。色差隨時(shí)間延長而增大的幅度相對減小。
隨著熱處理溫度的升高和熱處理時(shí)間的延長，杉木表面光澤度上升。最高上升率42.86%，最高上升率35.42%值均大于值。的變化趨勢與基本相似，僅在變化幅度上整體略高于。熱壓時(shí)間對試件表面光澤度的影響大于熱壓溫度，280℃是試驗(yàn)組中時(shí)間受影響最顯著的處理溫度。
[1] 牛帥紅，王書強(qiáng)，沈道海，等. 杉木集成薄木漂白工藝研究[J]. 浙江林業(yè)科技，2015，35（3）：68－70.
[2] 陳玉和，陸仁書，方桂珍. 木材水溶性染料的染色技術(shù)[J]. 木材工業(yè)，1999（2）：77－81.
[3] MICHEL V. Heat treatment of wood in France-State of the art[R].Centre Technique du Bois et de l’Ameublement，Paris，F(xiàn)rance，2001.
[4] Andreja K，F(xiàn)rederick A，Kamke E. Compression of wood under saturated steam, superheated steam, and transient conditions at 150℃, 160℃, and 170℃[J].Wood Sci Technol，2012，46：73－88.
[5] Xie Y J，Liu Y X，Sun Y X. Heat-treated wood and its development in Europe[J]. 林業(yè)研究：英文版，2002，13（3）：224－230.
[6] ANDREAS O，Sailer M. Oil heat treatment of wood in Germany-State of the art, Review on heat treatments of wood[C]. Proceedings of Special Seminar held in Antibes，F(xiàn)rance. Hamburg BFH，2001.
[7] Futoshi I，Noritaka M，Shinso Y，. Changes in the physical and chemical properties of six Japanese softwoods caused by lengthy smoke-heating treatment[J]. J Wood Sci，2005，51：161－166.
[8] 井上雅文，山本泰司. 高頻、微波加熱在木材工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)技術(shù)研究報(bào)告（日），2003（16）：35－40.
[9] 陽財(cái)喜，閻昊鵬，劉君良，等. 桉樹真空熱處理材表面性能分析[J]. 林業(yè)科學(xué)，2010，46（10）：130－134.
[10] 莫玨，馬靈飛，王誠，等. 3種溫?zé)釅禾幚頊囟群蜁r(shí)間對毛竹材表面顏色的影響[J]. 竹子學(xué)報(bào)，2017，36（4）：21－28.
[11] KA?íKOVá D，KA?íK F，?ABALOVá I，. Effects of thermal treatment on chemical, mechanical and colour traits in Norway spruce wood[J]. Bioresour Technol，2013，144：669－674.
[12] AYDIN I，COLAKOGLU G. Effects of surface inactivation, high temperature drying and preservative treatment on surface roughness and Colour of alder and beech wood[J]. App Surf Sci，2005，252（2）：430－440.
[13] 呂文華，江澤慧，吳玉章，等. 木、竹、藤材的變色防治[J]. 世界林業(yè)研究，2006，19（4）：38－44.
[14] 鄭志鋒. 木材的顏色是如何產(chǎn)生的[J]. 云南林業(yè)，2005，26（2）：32.
[15] 曹永建. 蒸汽介質(zhì)熱處理木材性質(zhì)及其強(qiáng)度損失控制原理[D]. 北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2008.
[16] 鄧邵平，陳寒嫻，林金春，等. 高溫?zé)崽幚砣斯ち稚寄灸静牡牟纳屯匡椥阅躘J]. 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，39（5）：484－489.
[17] 唐榮強(qiáng)，鮑濱福，李延軍. 熱處理?xiàng)l件對杉木顏色變化的影響[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，28（3）：455－459.
[18] GONZALEZ-PENA M M，HALE M D C. Colour in thermally modified wood of beech, Norway spruce and Scots pine. Part 1: Colour evolution and colour changes[J]. Holzforschung，2009，63（4）：385－393.
[19] BOURGOIS J，JANIN G，GUYONNET R. The color measurement: a fast method to study and to optimize the chemical transformations undergone in the thermically treated wood[J]. Holzforschung，1991，45（5）：377－382.
[20] 劉一星，于海鵬，趙榮軍. 木質(zhì)環(huán)境學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2007：21－23.
[21] 何拓，羅建舉. 20種紅木類木材顏色和光澤度研究[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，1（2）：44－48.
Effect of Super High Temperature Pressure Treatment on Surface Color and Gloss ofWood
JIANG Qiu-fang，MA Ling-fei，NIE Yu-jing，SHENG Hao，HUANG Sai-sai
( School of Engineering, Zhejiang A＆F University, Hangzhou 311300, China）
Sapwood ofwas purchased from market in Hangzhou, Zhejiang province, and was cut into specimen with 20 mm×20 mm×20 mm. They were treated at 280℃, 300℃, 320℃and 340℃ for 5 s and 10 s respectively for determination of various indicators of color and gloss. The results showed that the minimum luminance in tangential section of specimen treated by high temperature pressure was 45.21, 37.9% off of the control (no treatment), and that in radial section was 41.91, 38.8% off. The maximum chrominance in tangential section of specimen treated by high temperature pressure was 27.8 and 27.29 respectively. The luminance of treated specimen had negative relation with temperature and duration, but positive one with gloss. Change rate of luminance and chrominance of in tangential section of specimen was similar with that in radial section. The surface gloss () of specimen treated increased by 42.86% and that of35.42%. The experiment demonstrated that treated duration of pressure had more effect in gloss than temperature.
; high temperature; hot pressure treatment; color; gloss
S784
A
1001-3776（2019）06-0001-06
10.3969/j.issn.1001-3776.2019.06.001
2019-04-19；
2019-09-26
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31270592）；國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201204702）
蔣秋芳，碩士研究生，從事木材改性方面研究；E-mail:1406733412@qq.com。
馬靈飛，教授，從事材料改性研究；E-mail:malingfei@zafu.edu.cn。
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蔣秋芳，馬靈飛，聶玉靜，盛 浩，黃賽賽
超高溫?zé)釅禾幚韺ι寄颈砻骖伾肮鉂啥鹊挠绊?/p>
蔣秋芳，馬靈飛，聶玉靜，盛 浩，黃賽賽
（浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 杭州 311300）
以杉木邊材為試樣在280340℃分別熱壓處理5 s和10 s，研究溫度和時(shí)間對杉木顏色及光澤度的影響。結(jié)果表明：杉木經(jīng)熱壓處理后弦切面的明度最低值為45.21，下降了37.9%，徑切面的明度最低值為41.91，下降了38.8%，弦切面和徑切面色差最大值分別為27.8和27.29。隨著熱處理溫度的升高或時(shí)間的延長，明度值下降幅度逐漸增大，杉木表面光澤度上升。弦切面的明度變化率和總體色差隨處理?xiàng)l件變化趨勢與徑切面相似，2項(xiàng)指標(biāo)之間呈強(qiáng)相關(guān)性；平行/垂直于木材紋理的光澤度的最高上升率分別是42.86%和35.42%，變化趨勢基本相似，熱壓時(shí)間對光澤度的影響大于熱壓溫度。
杉木；超高溫；熱壓處理；顏色；光澤度
材色作為一個(gè)重要的視覺物理量，決定了消費(fèi)者的第一印象，不僅賦予木制工藝品鮮活的生命力，也越發(fā)成為材料銷售競爭力的重要因素和材料是否具有商業(yè)價(jià)值的重要指標(biāo)。因此，為解決材色問題，該領(lǐng)域研究工作者致力開發(fā)顏色調(diào)控技術(shù)，如木材漂白[1]、著色[2]和熱處理等。熱處理作為一種綠色環(huán)保且能改良木制品顏色的純物理改性方法，近年來在歐洲國家已建立較健全的產(chǎn)業(yè)體系。木材熱處理方法主要有4種：一是水蒸氣、惰性氣體及生物質(zhì)燃?xì)獾葰庀嘟橘|(zhì)[3-5]，二是油作為傳熱介質(zhì)[6]，三是熏煙、電磁波等熱處理[7-8]，四是真空熱處理[9]。但采用氣相介質(zhì)熱處理對溫度精度控制要求極高；以油為傳熱介質(zhì)處理后的木材一般殘留油味；此外熏煙、電磁波、真空熱處理等方法各有其特點(diǎn)，適合處理特定需求和附加值較高的木材，普遍存在生產(chǎn)成本高和安全操作隱患等問題。有研究采用高溫?zé)釅禾幚砻裰癫牡姆椒?，用簡單的工藝技術(shù)和設(shè)備，較短的生產(chǎn)周期和低成本實(shí)現(xiàn)對竹材快捷高效的顏色調(diào)控[10]。目前，市場上此類接觸式的熱壓處理方式使用較少，在木材領(lǐng)域未見相關(guān)報(bào)道。本文采用超高溫?zé)釅悍绞教幚砩寄?，探討超高溫?zé)釅簵l件對杉木木材顏色和光澤度變化的影響。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
杉木邊材，含水率8%10%，氣干密度0.30.5 g·cm-3，購自浙江杭州臨安建材市場。挑選無開裂、腐朽、變色等缺陷的試件，加工成規(guī)格為20 mm×20 mm×20 mm（徑長×寬×弦高）的試件。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
XLB-35UX350熱壓力成型機(jī)；DC-P3型全自動(dòng)測色色差計(jì)；DR60A型光澤度儀。
1.3 試驗(yàn)方法
1.3.1 超高溫?zé)釅禾幚?先將試樣置于溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±5）%的調(diào)溫調(diào)濕箱直至質(zhì)量恒定，將初步處理完的試件分別進(jìn)行編號(hào)，設(shè)置處理溫度為280，300，320和340℃，處理時(shí)間分別為5 s和10 s，熱壓壓力為1 MPa左右。熱壓后取出樣件，自然冷卻至室溫后再進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕至平衡穩(wěn)定狀態(tài)，每種處理?xiàng)l件試樣6個(gè)，以同一尺寸未經(jīng)熱壓處理的試樣（進(jìn)行相同調(diào)溫調(diào)濕處理）作為對照，重復(fù)3次。
1.3.2 顏色表征 選試件表面中心位置且顏色光澤感均一處作為測量點(diǎn)，弦切和徑切兩面各選定3個(gè)點(diǎn)，根據(jù)國際照明委員會(huì)CIELab顏色標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，分別在熱處理前后用色差儀測量選定點(diǎn)的平均值記作各項(xiàng)顏色參數(shù)，以此作為熱處理材顏色變化的基準(zhǔn)，用明度值*，紅綠色品指數(shù)*，黃藍(lán)色品指數(shù)*，總體色差△*；為分析熱處理時(shí)間和溫度對各項(xiàng)顏色參數(shù)的影響，從基準(zhǔn)上再引入各項(xiàng)變化率（試樣熱處理前后明度變化率△* R%、紅度變化率△* R%以及黃度變化率△* R%）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。
1.3.3 光澤度的測定 采用數(shù)字式光澤度儀測量，投身角度為60°，光源入射方向?yàn)槠叫杏谀静募y理和垂直于木材紋理方向，所用DR60A型光澤度儀是遵照ISO－2813，GB9754，GB9966，GB/T13891國家標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)試件測3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測2次，取平均值作為測定值。
1.4 數(shù)據(jù)分析
本文圖表數(shù)據(jù)處理軟件為Origin 2019和SPSS，采用單因素方差分析和多重比較檢驗(yàn)法對明度差△*與△*相關(guān)性，△* R%及△*隨熱處理?xiàng)l件變化趨勢相關(guān)性進(jìn)行分析，用值表示。
2 結(jié)果與分析
2.1 高溫?zé)崽幚韺υ嚥谋砻骖伾挠绊?/h3>
圖1為杉木材表面經(jīng)不同高溫?zé)釅汗に囂幚砗蟮念伾兓瘜Ρ?。由圖1可見，隨著處理溫度的升高，熱處理時(shí)間的延長，杉木材明度*逐漸降低，顏色均勻地從淺黃偏白色向黑褐色轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他學(xué)者相似[11-12]，相較其他熱處理工藝，此法有效提高了明度變化的效率。
由圖2可知，在相同條件下，杉木經(jīng)熱壓處理后明度值*均變小，杉木處理前后徑切面的明度值均低于弦切面。未處理時(shí)兩個(gè)切面的*值相差3 ~ 4個(gè)單位，280 ~ 300℃處理后兩個(gè)切面的*值相差5個(gè)單位，320℃和340℃時(shí)分別相差7 ~ 8個(gè)單位和10個(gè)單位，隨著處理溫度的升高和處理時(shí)間的延長，試件的兩個(gè)切面△*絕對值逐漸擴(kuò)大。紅綠色品指數(shù)*和黃藍(lán)色品指數(shù)*隨處理溫度和時(shí)間條件變化不明顯。杉木表面明度發(fā)生變化，主要因大含量木質(zhì)素及一些有機(jī)內(nèi)含物（如黃酮類、酚類）等木材成分中具有一些發(fā)色、助色基團(tuán)，如羰基、C=C雙鍵、和羥基等[13]。木材的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素等自身分子結(jié)構(gòu)無類似基團(tuán)，但在超高溫?zé)釅禾幚磉^程中會(huì)發(fā)生劇烈分解，其熱分解產(chǎn)物含有發(fā)色基團(tuán)，如糠醛。當(dāng)基團(tuán)在某種化合物中以一定的形式結(jié)合，其吸收光譜會(huì)從紫外光區(qū)延伸到整個(gè)可見光區(qū)，使顏色加深[14]。
圖1 高溫?zé)釅禾幚砗笊寄静念伾?/p>
Figure 1 Color ofwood before and after treatment by different temperature and duration
圖2 杉木表面熱處理前后的a*，b*，L*值（A弦切面；B徑切面；下同）
Figure 2 Luminance andchrominance of in tangential and radial section ofwood before and after treatment by different temperature and duration
由圖3可見，在相同條件下，隨著熱處理時(shí)間的延長和熱處理溫度的升高，明度差△*和色差△*增加，兩者呈顯著正相關(guān)（＜0.01）；徑切面的△*隨之增大，且不同熱處理?xiàng)l件下的數(shù)值差異性較大；弦切面的△*也隨之增大，但不同熱處理溫度和時(shí)間下的數(shù)值差異性較小。前人對人工林杉木熱處理材顏色的研究發(fā)現(xiàn)，200℃/3 h的條件下的△*分別為24.17（處理過程中不控制氧氣濃度）[15]和26.51（飽和水蒸氣控制氧氣濃度2%）[16]。本研究在處理溫度320℃、處理時(shí)間5 s和10 s后，弦切面色差△*分別為22.90和24.67，徑切面色差△*分別為25.90和27.29；340℃條件下處理5 s，即已達(dá)到別組210℃熱處理2 h產(chǎn)生的色差水平[17]。說明熱壓處理有效提高了增大表面色差的效率。
由圖4可知，溫度為280340℃時(shí)分別熱壓5 s和10 s后，試件弦切面的△* Ｒ%同比下降了16.76%和10.58%，即處理溫度分別為280，300，320和340℃時(shí)，處理時(shí)間5 s和10s的△* Ｒ%分別減小8.09%，6.14%，1.2%，1.91%；徑切面△* R%同比下降14.71%和8.32%。試件徑切面的明度變化率與弦切面的變化趨勢相似，2項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性。弦切面與徑切面的顏色差異可能是由杉木具有極細(xì)的木射線，其徑切面上的孔隙數(shù)量大于弦切面，和兩者的木質(zhì)素組成和抽提物含量不等造成[18]。相同處理?xiàng)l件下徑切面的△* R%絕對值均大于弦切面，因此，熱壓處理?xiàng)l件對杉木徑切面明度變化影響較弦切面更為明顯。存在的差異性可能是在熱處理過程中，徑切面中的抽提物和化學(xué)組成（半纖維素和/或木質(zhì)素）參與顏色變化反應(yīng)更劇烈[19]。在280℃，△* R%隨熱壓處理時(shí)間變化的差異最顯著，差值6%8%。
圖3 不同熱壓處理溫度和時(shí)間對杉木表面△E*, △L*, △a*, △b*的影響
Figure 3 Effect of various temperature and duration on difference of luminance andchrominance ofwood
圖4 不同熱處理溫度和時(shí)間下的△L* R%, △a* R%, △b* R%
Figure 4 Change of luminance andchrominance ofwood treated by various heat temperature and duration
2.2 高溫?zé)釅禾幚韺υ嚥谋砻婀鉂啥鹊挠绊?/h3>
光澤度是在一組幾何規(guī)定條件下對材料表面反射光的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)的視覺物理量。良好的感覺特性能提升材料銷售競爭力和商業(yè)價(jià)值。由圖5可見，經(jīng)熱壓處理后試件（平行于木材紋理的光澤度）值均大于（垂直于木材紋理的光澤度）值，參照對比組的（4.6%5.1%）和（4.3%4.8%），原因是垂直于纖維方向入射條件下所測量得到的曲線相對平行入射時(shí)更平緩[20]。高溫?zé)釅禾幚砗?，?.7 ~ 7.0之間變化，在4.5 ~ 6.5之間變化，兩個(gè)切面的光澤度均提升，且隨處理溫度的升高、時(shí)間的延長，上升幅度增大。筆者認(rèn)為，試件經(jīng)高溫?zé)釅禾幚砗螅旧渚€薄壁細(xì)胞和細(xì)胞腔的內(nèi)含物（油、樹脂）溢出在表面形成包漿[21]，使相較處理前的表面更致密且有光澤感。
圖5 杉木表面熱壓處理前后的光澤度值
Figure 5 Gloss of in tangential and radial section ofwood before and after hot pressure treatment
處理溫度280℃分別熱壓5 s和10 s后，試件值較處理前上升了2.17%和26.09%，值則上升了4.65%和18.18%，表明在280℃時(shí)，時(shí)間影響顯著。300~ 340℃分別熱處理5 s和10 s后，試件的和分別較處理前上升了19.15%42.86%%和23.25%35.42%?？梢姡淖兓厔菖c基本相似，僅在變化幅度上整體略高于，且熱壓時(shí)間對試件表面光澤度的影響大于熱壓溫度。
3 結(jié)論
隨著熱壓處理溫度的升高和時(shí)間的延長，經(jīng)處理后的杉木弦切面和徑切面明度*均變小，紅綠色品指數(shù)*和黃藍(lán)色品值*變化不規(guī)律；杉木弦切面明度變化率及色差隨熱處理?xiàng)l件變化趨勢與徑切面均相同，2項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性（＜0.05），比較弦、徑切面在熱壓處理前后之間的色差，在低處理?xiàng)l件下兩者均可達(dá)到人肉眼可分辨（△*＞15）的程度。熱壓處理?xiàng)l件對杉木徑切面明度變化率相較弦切面高出3.5%。色差隨時(shí)間延長而增大的幅度相對減小。
隨著熱處理溫度的升高和熱處理時(shí)間的延長，杉木表面光澤度上升。最高上升率42.86%，最高上升率35.42%值均大于值。的變化趨勢與基本相似，僅在變化幅度上整體略高于。熱壓時(shí)間對試件表面光澤度的影響大于熱壓溫度，280℃是試驗(yàn)組中時(shí)間受影響最顯著的處理溫度。
[1] 牛帥紅，王書強(qiáng)，沈道海，等. 杉木集成薄木漂白工藝研究[J]. 浙江林業(yè)科技，2015，35（3）：68－70.
[2] 陳玉和，陸仁書，方桂珍. 木材水溶性染料的染色技術(shù)[J]. 木材工業(yè)，1999（2）：77－81.
[3] MICHEL V. Heat treatment of wood in France-State of the art[R].Centre Technique du Bois et de l’Ameublement，Paris，F(xiàn)rance，2001.
[4] Andreja K，F(xiàn)rederick A，Kamke E. Compression of wood under saturated steam, superheated steam, and transient conditions at 150℃, 160℃, and 170℃[J].Wood Sci Technol，2012，46：73－88.
[5] Xie Y J，Liu Y X，Sun Y X. Heat-treated wood and its development in Europe[J]. 林業(yè)研究：英文版，2002，13（3）：224－230.
[6] ANDREAS O，Sailer M. Oil heat treatment of wood in Germany-State of the art, Review on heat treatments of wood[C]. Proceedings of Special Seminar held in Antibes，F(xiàn)rance. Hamburg BFH，2001.
[7] Futoshi I，Noritaka M，Shinso Y，. Changes in the physical and chemical properties of six Japanese softwoods caused by lengthy smoke-heating treatment[J]. J Wood Sci，2005，51：161－166.
[8] 井上雅文，山本泰司. 高頻、微波加熱在木材工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)技術(shù)研究報(bào)告（日），2003（16）：35－40.
[9] 陽財(cái)喜，閻昊鵬，劉君良，等. 桉樹真空熱處理材表面性能分析[J]. 林業(yè)科學(xué)，2010，46（10）：130－134.
[10] 莫玨，馬靈飛，王誠，等. 3種溫?zé)釅禾幚頊囟群蜁r(shí)間對毛竹材表面顏色的影響[J]. 竹子學(xué)報(bào)，2017，36（4）：21－28.
[11] KA?íKOVá D，KA?íK F，?ABALOVá I，. Effects of thermal treatment on chemical, mechanical and colour traits in Norway spruce wood[J]. Bioresour Technol，2013，144：669－674.
[12] AYDIN I，COLAKOGLU G. Effects of surface inactivation, high temperature drying and preservative treatment on surface roughness and Colour of alder and beech wood[J]. App Surf Sci，2005，252（2）：430－440.
[13] 呂文華，江澤慧，吳玉章，等. 木、竹、藤材的變色防治[J]. 世界林業(yè)研究，2006，19（4）：38－44.
[14] 鄭志鋒. 木材的顏色是如何產(chǎn)生的[J]. 云南林業(yè)，2005，26（2）：32.
[15] 曹永建. 蒸汽介質(zhì)熱處理木材性質(zhì)及其強(qiáng)度損失控制原理[D]. 北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2008.
[16] 鄧邵平，陳寒嫻，林金春，等. 高溫?zé)崽幚砣斯ち稚寄灸静牡牟纳屯匡椥阅躘J]. 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，39（5）：484－489.
[17] 唐榮強(qiáng)，鮑濱福，李延軍. 熱處理?xiàng)l件對杉木顏色變化的影響[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，28（3）：455－459.
[18] GONZALEZ-PENA M M，HALE M D C. Colour in thermally modified wood of beech, Norway spruce and Scots pine. Part 1: Colour evolution and colour changes[J]. Holzforschung，2009，63（4）：385－393.
[19] BOURGOIS J，JANIN G，GUYONNET R. The color measurement: a fast method to study and to optimize the chemical transformations undergone in the thermically treated wood[J]. Holzforschung，1991，45（5）：377－382.
[20] 劉一星，于海鵬，趙榮軍. 木質(zhì)環(huán)境學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2007：21－23.
[21] 何拓，羅建舉. 20種紅木類木材顏色和光澤度研究[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，1（2）：44－48.
Effect of Super High Temperature Pressure Treatment on Surface Color and Gloss ofWood
JIANG Qiu-fang，MA Ling-fei，NIE Yu-jing，SHENG Hao，HUANG Sai-sai
( School of Engineering, Zhejiang A＆F University, Hangzhou 311300, China）
Sapwood ofwas purchased from market in Hangzhou, Zhejiang province, and was cut into specimen with 20 mm×20 mm×20 mm. They were treated at 280℃, 300℃, 320℃and 340℃ for 5 s and 10 s respectively for determination of various indicators of color and gloss. The results showed that the minimum luminance in tangential section of specimen treated by high temperature pressure was 45.21, 37.9% off of the control (no treatment), and that in radial section was 41.91, 38.8% off. The maximum chrominance in tangential section of specimen treated by high temperature pressure was 27.8 and 27.29 respectively. The luminance of treated specimen had negative relation with temperature and duration, but positive one with gloss. Change rate of luminance and chrominance of in tangential section of specimen was similar with that in radial section. The surface gloss () of specimen treated increased by 42.86% and that of35.42%. The experiment demonstrated that treated duration of pressure had more effect in gloss than temperature.
; high temperature; hot pressure treatment; color; gloss
S784
A
1001-3776（2019）06-0001-06
10.3969/j.issn.1001-3776.2019.06.001
2019-04-19；
2019-09-26
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31270592）；國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201204702）
蔣秋芳，碩士研究生，從事木材改性方面研究；E-mail:1406733412@qq.com。
馬靈飛，教授，從事材料改性研究；E-mail:malingfei@zafu.edu.cn。
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