林业科学  2006, Vol. 42 Issue (3): 121-124   PDF    
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曹琳, 蒋璇.
Cao Lin, Jiang Xuan.
毛白杨蓝变木材漂白处理技术研究
Study on Blue-Staining Chinese White Poplar Bleached Technique
林业科学, 2006, 42(3): 121-124.
Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(3): 121-124.

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收稿日期:2003-11-10

作者相关文章

曹琳
蒋璇

毛白杨蓝变木材漂白处理技术研究
曹琳, 蒋璇     
北京林业大学材料科学与技术学院  北京 100083
关键词: 毛白杨    蓝变    漂白    浸渍    
Study on Blue-Staining Chinese White Poplar Bleached Technique
Cao Lin, Jiang Xuan     
College of Material Science and Technology, Beijing Forestry University  Beijing 100083
Abstract: This paper gives analysis on how to achieve the best ingredients to eliminate the blue-staining of Chinese White Poplar (Populus tomentosa). In the experiment, 8 kinds ingredient were analyzed by inspections and chromatic aberration. The results showed that: Chinese White Poplar blue-staining were soaked into ingredients 5: 5% NaClO+assistant medicament. The blue-staining of wood could be removed and wood colour and lustre was naturalness.
Key words: Populus tomentosa    blue_staining    bleaching    soakage    

木材是一种生物材料,是天然合成的有机体,易受到外界环境的作用而变色。对表面装饰装修材料而言,蓝变会大大降低其品质,严重影响木材的价格、销售和使用范围(刘元,1993);对于商品用材,蓝变是造成其经济损失最大的缺陷。

随着天然珍贵木材、优质木材的逐渐减少,利用普通木材甚至低劣材生产各种仿天然珍贵树种木材颜色和纹理的人造薄木,已成为补充天然装饰薄木资源短缺的途径之一(孟宪树等,1995)。毛白杨(Populus tomentosa)属杨柳科杨属树种,其木材色浅、密度合适、纤维长宽比合适;易于繁殖、适应性强、生长速度快,是我国北方人工林速生材的主要树种,也是造纸工业的重要原料之一。然而,毛白杨木材蓝变是重要的木材缺陷,对毛白杨木材实木加工利用、生产单板层积材与人造薄木以及制浆造纸等都有严重影响。为实现毛白杨的高效利用,须对蓝变木材进行漂白处理,以获得良好的材色,为蓝变毛白杨木材增值提供良好的技术基础。

在木材蓝变处理方面,国内外已有许多研究(Alan, 1992Kurt, 1992符永碧等,1987祖伯荪,1987罗建举,1996刘元,1993张翔等,1990段新芳等,1998),但将蓝变木材处理还原为正常木材的颜色问题还没有彻底解决,这不但要从良种选育到经营管理、从木材采运到存放加工等方面进行探讨,而且要从变色成分到色斑有效消除等多方面进行综合配套研究。

本文通过配制大量配方,对毛白杨木材蓝变处理进行试验研究,筛选出对毛白杨木材蓝变处理效果最佳的配方,使木材除去蓝变色后的颜色与正常材色最为接近。从而,可将蓝变杨木单板漂白脱色后再染色,从各个方向刨切,以形成不同纹理,然后层积胶合成木方刨制仿珍贵树种木材色泽纹理的人造薄木,或利用这些薄木拼成各种图形起到装饰作用,提高毛白杨木材使用的经济效益(孟宪树等,1995)。

1 材料与方法

毛白杨木材2000年11月采自辽宁阜新;径级20~26 cm;树龄20年左右。经由刨切加工,选取蓝变材与部分正常材,试样尺寸20 mm×20 mm×0.2 mm。

漂白处理:蓝变的产生是由于微生物的污染造成的,通常用盐酸、硫酸、磷酸、草酸、硫酸钠、次氯酸钠、乙二胺四乙酸二钠、过氧化氢等进行处理。处理液浓度根据漂白方法、树种、待处理材的形状和尺寸等决定。试验中木材的处理,均采用浸泡和涂刷2种方法。将试材编号,放入配好的浸泡液,使试材完全浸入液面下,分别采用不同的浸泡时间与涂刷次数进行处理。利用Na2SiO3、Na2SO4来调节漂白剂的稳定性,用氨水、乙醇改善漂白剂对木材的渗透性能,提高漂白效果和效率,随时调节漂白剂的pH值使处理效果达到较好。浸泡后取出用清水将表面的残液冲洗干净,自然干燥。根据处理效果找出最佳配方。

目测法:观察经不同方法处理后蓝变试材颜色与正常材的变化并进行比较。处理后蓝变试材与正常试材材色的定量分析,用TC-PⅡC全自动测色色差计测定。所使用的光源为标准光源D65,照明试样面积ϕ 2.5~20 mm。采用CIE 1971年规定的垂直照明,漫反射积分球接收的照明和观测条件,CIE 1964年的10°或2°视场的光谱三刺激值,CIE L* a* b*1976年表色系统表色。每个试样取4个点,每个点测2次取其平均值进行分析,得出毛白杨正常材试样和已蓝变材试样的材色参数(在XYZ色空间和L* a* b*色空间)。

CIE L* a* b*表色系统的各个指标的含义如下:L*:明度,完全白的物体视为100,完全黑的物体视为0;a*:红绿轴色品指数,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;b*:黄蓝轴色品指数,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;ΔL*:明度差值,正值表示比对照样明亮,负值表示比对照样暗;Δa*a*值的变化值,正值表示颜色偏向红色,负值表示颜色偏向绿色;Δb*b*值的变化值,正值表示颜色偏向黄色,负值表示颜色偏向蓝色;ΔE:色差,数值越大表示总体颜色变化越大;

XYZ是三刺激值,指匹配某一颜色所需XYZ三个刺激量的多少。本论文中三刺激值XYZ已由仪器测出,其中为Y亮度值,按下式可求得色度坐标值(xy):x=X/(X+Y+Z);y=Y/(X+Y+Z)。

对处理后的木材试样用测色色差计进行定量分析并对得到的数据进行数理统计分析。

2 结果与讨论 2.1 处理配方及效果

处理试验分2个阶段进行。第一阶段对蓝变的毛白杨试验了42种配方,通过目测判断这些配方的处理效果,其中以过氧化氢、次氯酸钠、氢氧化钠为主剂的8种配方效果较好。在第一阶段工作的基础上,对处理时间、漂白液浓度、漂白液pH值及温度等进行调节提出了8种配方的改进配方,进行第二阶段处理。各配方的化学组成、浸泡周期、处理效果、成本费用见表 1

表 1 蓝变毛白杨处理液配方 Tab.1 Ingredient of blue-staining Chinese White Poplar

表 1中可以看出毛白杨蓝变试材经1、2、3、5、6几个配方处理效果较好,但配方1、3成本偏高,配方2、5、6处理效果较好且成本适中。为了克服目测法分辨能力差和观察者主观误差的缺点,利用全自动测色色差计来对试样进行定量测量分析。

2.2 毛白杨蓝变材处理后材色的定量测定结果

用色差计对没有变色的试样和已经变色的毛白杨试样进行测定,结果见表 2

由数据分析可知,毛白杨正常材试样的明度值比已蓝变材试样平均明度值要大15.48,最大可达24~25,测得的正常材试样色度值表明颜色偏绿黄,已蓝变材试样平均色度值表明颜色变为偏红,毛白杨颜色平均的变化程度,表现为总色差将近20,最大可达26~27,变色程度严重。表 3即是用色差计测得的毛白杨蓝变木材经8种配方试液处理后的材色与毛白杨木材正常材色的色度学特征。

表 2 蓝变毛白杨材色与正常材材色参数 Tab.2 Color characteristics of blue-staining andordinary Chinese White Poplar
表 3 8种配方对蓝变毛白杨处理后色度学特征 Tab.3 Color characteristics of eight ingredients for blue-staining Chinese White Poplar

由色差分析可知,用配方1、3、5对毛白杨蓝变木材进行处理,效果好,与用目测法测得的结果相近。通过对处理后毛白杨木材材色的定量分析木材得出,用配方5处理后的毛白杨木材材色与其正常木材材色最为接近,从经济成本看,配方5的经济成本最低。用配方1、3对毛白杨木材蓝变处理的效果也比较好,处理后的材色与正常材色比较接近,但从经济成本计算,配方1、3的经济成本相对比较高,所以,在生产中推广中可能会受到一些制约。

2.3 用数理统计方法对蓝变毛白杨材处理后的材色与正常材色的三刺激值进行对照分析

表 4

表 4 8种配方处理后的蓝变毛白杨材色与正常材色三刺激值的对照分析 Tab.4 Color characteristics of eight ingredients for blue-staining and ordinary Chinese White Poplar

f(自由度)=2, 假定α=0.05,X02=5.991。若ηi < X0,则说明毛白杨蓝变材处理后的材色与正常材材色之间的差异不显著,处理比较成功。由表 5可知:η3 < η5 < η6 < η1 < η4 < η7 < η2 < η8 < X02=5.991。所以,8种配方对蓝变毛白杨蓝变木材进行处理的材色与其正常材材色差异不显著,处理成功。其中,配方3、5、6、1处理效果较好,与用色差计测得的结果相符合。

表 5 8种配方处理液的η Tab.5 Value η of eight ingredients

根据色差计测得和数理统计计算综合得出:配方5对蓝变毛白杨的处理效果最好。

3 结论

蓝变毛白杨经配方5(5%NaClO+助剂)水溶液处理3~4 h后,处理效果好,富有天然材质感,配方成本低,但涂刷后无明显效果。

蓝变毛白杨经以H2O2、NaClO、NaClO2作为主剂的配方处理过后,木材材色都发白,失去了毛白杨木材特有的淡黄色泽,蓝变毛白杨木材经配方5处理后,与木材本色还有差别,只是较接近原来的木材颜色,这需要进一步完善试验配方,使处理后的木材材色与木材天然材色相同。

处理蓝变毛白杨的药剂主要是H2O2、NaClO、NaClO2,毒性很小,处理成本最高1 500元·m-2,一般为500元·m-2以下。用浸渍或涂刷的方法对木材进行处理,生材、湿材或干材都可以直接处理。最长处理时间在12 h,一般为5~6 h。

参考文献(References)
段新芳, 李坚. 1998. PU漆阔叶树材透明涂饰过程中色度学特征的变化. 四川农业大学学报:木材研究专辑, 16(1): 79-84.
符永碧, 施振华. 1987. 木材蓝变. 热带林业科技, (2): 42-52.
刘元. 1993. 木材漂白与着色. 北京木材工业, 13(4): 18-21.
罗建举. 1996. 木材蓝变色的防治处理技术. 木材工业, 10(5): 15-17.
孟宪树, 姜征. 1995. 人造薄木制造新工艺的研究. 木材工业, 9(3): 1-5.
张翔, 申宗圻. 1990. 木材材色的定量表征. 林业科学, 26(4): 344-352.
祖勃荪. 1987. 泡桐木材的变色及防治方法. 木材工业, 1(3): 31-34.
Alan S R. 1992.NP-1 sapstain control chemical. The Proceedings ofLumber Protection in the 90′s Vancouver, Canada, 37-42
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