林业科学  2006, Vol. 42 Issue (8): 57-62   PDF    
0

文章信息

侯新毅, 姜笑梅, 殷亚方.
Hou Xinyi, Jiang Xiaomei, Yin Yafang.
从色度学参数研究3种桉树木材的透明涂饰性能
Study on Clear Painting Properties for Three Eucalyptus Plantation Woods from the Chromatic Parameters
林业科学, 2006, 42(8): 57-62.
Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(8): 57-62.

文章历史

收稿日期:2004-11-01

作者相关文章

侯新毅
姜笑梅
殷亚方

从色度学参数研究3种桉树木材的透明涂饰性能
侯新毅, 姜笑梅, 殷亚方     
中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 100091
摘要: 使用国内木器涂饰常见的3种清漆:硝基清漆、醇酸树脂清漆、聚氨酯清漆,系统测试3种桉树木材涂饰前后色度学参数的变化,以期揭示涂饰过程中3种桉树木材材色的变化规律,从而为涂饰工艺的确定及控制涂饰后的材色提供参考。试验表明:涂饰前后木材色度学特征的变化是渐变过程,与涂饰次数有关;使用不同清漆,不同树种色度学参数表现出一定的差异。
关键词: 尾巨桉    柠檬桉    窿缘桉    透明涂饰    
Study on Clear Painting Properties for Three Eucalyptus Plantation Woods from the Chromatic Parameters
Hou Xinyi, Jiang Xiaomei, Yin Yafang     
Research Institute of Wood Industry, CAF Beijing 100091
Abstract: Chromatics is a science of color measuring and appraising, which candescribe quantificationally object color. In this study Nitrocellulose varnish, Alkyd varnish and Polyurethane varnish, which are commonly used for wood products painting in China, were used to study chromatic parameters change of three Eucalyptus plantation woods. The object is to reveal the change rule of colorof three Eucalyptus plantation woods during the course of painting and provide reference for making painting process and controlling color after painting. The study shows: 1) Wood color change during painting is gradual, which is concerned with the number of painting. 2) Using different varnish painting, the chromatic parameters of the three Eucalyptus plantation woods is different.
Key words: Eucalyptus urophylla×E. grandis    Eucalyptus citriodora    Eucalyptus exserta    clear painting    

透明涂饰是木制品表面装饰的重要方法之一,良好的透明涂饰性能可以显著提高木制品的价值(马庆丽等,2000邓背阶等,2005)。近年来,我国学者在木材的透明涂饰性能方面做了大量研究工作,对许多树种木材的透明涂饰性能进行了系统测试(李坚等,1998)。但是对桉树人工林木材的透明涂饰性能进行综合试验,在国内还未见相关报道。桉树是世界三大人工林树种之一,也是中国南方主要造林树种,仅国内其种植面积约为155万hm2,木材蓄积量6 000万m3(殷亚方等,2001)。长期以来对桉树木材的利用多限于低附加值的木片、纸浆、木炭生产,而在高附加值实木制品的利用上才刚刚起步(Jiang et al., 2000Hou et al., 2006),因此开展对桉树木材透明涂饰性能的研究十分必要,有助于其用途向高附加值实木制品领域拓展。本研究使用3种不同清漆,系统测试3种桉树人工林木材的透明涂饰性能,分析其色度学参数变化规律,力图为桉树木材高附加值实木制品利用提供透明涂饰方面的基本试验依据。

1 材料与方法 1.1 材料

3种桉树人工林木材为:尾巨桉(Eacalyptus urophylla×E. grandis)、窿缘桉(E.exserta)和柠檬桉(E.citriodora),另选用国内常见家具用材——核桃楸(Juglans mandshurica)作为对照试材,4种试材均经过窑干处理,其终含水率依次为11.8%、12.4%、10.2%、9.5%。3种桉树木材产自广西南宁,核桃楸木材产自我国东北。4种试材均在WS-65型宽带砂光机上进行砂光处理,砂带粒度为120目,对每一树种均采用3种清漆进行刷涂,每个涂饰处理共取6块弦切面试样,规格为(长×宽×厚):6 cm×6 cm×1 cm。

3种涂料为:硝基外用清漆(exterior Nitrocellulose varnish)、聚氨酯清漆(单组分)(Polyurethane varnish)、醇酸树脂(Ⅰ型)清漆(Alkyd varnish),均为北京红狮涂料有限公司生产。

1.2 方法

手工刷涂,硝基清漆用厂家提供的硝基稀料稀释后进行刷涂,聚氨酯清漆和醇酸树脂清漆直接刷涂。每种试材分别用3种清漆刷涂3次。每次刷涂后,待试样自然干燥后测量其色度学参数,分析其变化规律。

2 色度学参数的测量和计算

色度学是把主观的颜色感知和客观的物理刺激联系起来,从而建立起的高度准确的定量科学(段新芳等,2002张璧光,2003)。本文材色计量采用国际照明委员会推荐的CIE1 976(L* a* b*)标准色度学表色系统。色度学各参数采用日本SUGA公司制造的多光源分光测色计(multi spectro colour meter)测量,光源为D65标准光源,照明和观测的几何条件为o/d(垂直入射/漫反射),测量范围为直径15 mm。对每个试样的素材和每次涂饰后的表面进行多点多次(每个表面3点,每点测2次)测量, 取其平均值作为试样的测量值。

材色参数的测量和计算步骤:由色差计直接测得多点平均三刺激值XYZ,将数据输入计算机进行各树种测量值的平均值统计后,再进行各项色度学指标计算。在L*a* b*表色系(CIE1976)中,根据三刺激值可得L*a*b*值:

式中:X0Y0Z0为CIE标准体照射在完全漫反射体上,再经过完全漫反射体反射到观察者眼中的白色刺激的三刺激值。

其他参数的计算方法:

L*:明度,色彩的明暗程度,完全白的物体视为100,完全黑的物体视为0;C*:饱和度,颜色的饱和程度,表示彩色的纯粹度,最接近光谱颜色的色是最纯粹的色,最鲜明,是标准色;H*:色相,色彩的相貌,是各种颜色之间的差别,如红、橙、黄、绿、青、紫6个色即为不同的色相;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,负值越大表示越偏向蓝色;ΔL*:明度差,正值表示较对照样明亮,负值表示较对照样暗;Δa*:红绿色品差,正值越大表示颜色越偏向红色,负值越大表示越偏向绿色;Δb*:黄蓝色品差,正值越大表示颜色越偏向黄色,负值越大表示越偏向蓝色;ΔE*:总体综合色差,数值越大表示被测物和对照样颜色差异越大;ΔC*:饱和度差,正值表示比对照样鲜明,负值表示比对照样深暗;ΔH*:色相差,数值越大表示被测物和对照样色相变化越大;下标n:代表测量次数。

本研究将对试样涂饰前后上述参数的测量值进行分析比较,研究其变化规律,进而对3种桉树木材经3种不同清漆涂饰处理后的透明涂饰性能进行综合评述。

3 结果与分析 3.1 硝基清漆涂饰前后木材表面色度学参数变化

表 1中可以看出:涂饰次数不同,其色度学结果不同,且树种间表现出一定差异。

表 1 素材和硝基清漆涂饰后木材表面色度学参数 Tab.1 Chromatic parameters for unpainted samples and painted samples by Nitrocellulose varnish

涂饰后4种木材的明度L*均有不同程度的下降,明度差ΔL*均为负值。在第1次涂饰和素材之间的明度差异最为显著,但在后2次涂饰处理后明度差显著缩小,表明随着涂饰次数的增加木材涂饰表面的明度逐渐趋于稳定。第1次涂饰和素材之间的明度差异,尾巨桉、窿缘桉和核桃楸木材比较接近,其ΔL*分别为:-9.23、-8.23、-10.49,而柠檬桉木材的这一数值仅为-4.14,这表明采用硝基清漆处理对柠檬桉木材明度变化的影响远小于另外3种木材。

红绿轴色品指数a*在涂饰后均增大,但第1次涂饰的增幅较后2次大。第1次涂饰后,尾巨桉、窿缘桉和核桃楸木材的a*值均有较大幅度增加,其Δa*分别为4.31、2.62、3.22,而柠檬桉木材仅为0.85。后2次涂饰处理a*值仍有增加,但增幅轻微。采用硝基清漆涂饰处理可使尾巨桉、窿缘桉和核桃楸木材的颜色朝着偏红的方向发展,但其对柠檬桉木材颜色影响很小。

黄蓝轴色品指数b*的变化规律与红绿轴色品指数a*的变化规律基本相似。

柠檬桉木材涂饰处理前后其色饱和度C*ab变化非常小,第1次涂饰与素材之间的色饱和度差ΔC*ab仅为0.75,但这一数值在尾巨桉、窿缘桉和核桃楸木材却分别为:6.36、3.03、4.68。第2次和第3次涂饰处理后,C*ab的变化明显减小。表明采用硝基清漆涂饰处理后,尾巨桉、窿缘桉和核桃楸木材颜色比较鲜艳,彩度较高。

涂饰后,色相h*ab降低,且第1次涂饰后降幅最大。柠檬桉木材的色相差h*ab只及其他3种木材的一半左右。

总体色差ΔE*ab的变化呈明显的规律性分布。在第1次涂饰和素材之间尾巨桉、柠檬桉、窿缘桉、桃楸木材的ΔE*分别为11.37、4.26、9.39、11.61;但在后2次涂饰后ΔE*ab的数值急剧减小。表明随着涂饰次数的增加木材表面的颜色更加趋于均匀一致。但柠檬桉木材第1次涂饰后总体色差的变化要远远小于其他3种木材。

硝基清漆涂饰后,通过对色度学参数的比较,可以将4种试材分为2类:柠檬桉木材为一类,尾巨桉、窿缘桉、核桃楸木材为一类(相关参数比较见表 2图 1)。柠檬桉木材硝基清漆涂饰后所有色度学参数的变化均小于另外3种木材,因此从透明涂饰保持木材天然纹理与色彩的角度来看,用硝基清漆做透明涂饰对柠檬桉木材是最为适宜的。

表 2 4种试材硝基清漆涂饰处理相关色度学参数比较 Tab.2 Relative chroma parameters comparison for 4 species painted by Nitrocellulose varnish
图 1 硝基清漆第3次涂饰和素材之间的参数变化 Fig. 1 Chromatic parameters comparison between unpainted samples and third painted samples by Nitrocellulose varnish
3.2 醇酸清漆涂饰前后木材表面色度学参数变化

所测各参数见表 3。醇酸清漆涂饰后,4种木材明度L*的降幅超过了采用硝基清漆涂饰处理。但同样在第2次和第3次涂饰后ΔL*的变化急剧减小,木材表面明度趋于稳定。

红绿轴色品指数a*和黄蓝轴色品指数b*的变化呈现明显的规律性。尾巨桉、窿缘桉和核桃楸木材第1次涂饰后a*b*增幅较大,超过了柠檬桉木材。

色饱和度C*ab的变化亦表现出相似的规律性。

色相h*ab的变化在第1次涂饰后均有明显降低,其色相差Δh*ab全为负值。在降低的数量上,尾巨桉、柠檬桉、核桃楸木材比较接近,而窿缘桉木材的这一参数值却高达-7. 83,这一特征与采用硝基清漆涂饰处理时色相差的变化规律明显不同。后2次涂饰后色相的变化减小。

表 3 素材和醇酸清漆涂饰后木材表面色度学参数 Tab.3 Chromatic parameters for unpainted samples and painted samples by Alkyd varnish
表 4 4种试材醇酸清漆涂饰的相关色度学参数比较 Tab.4 Relative chromatic parameters comparison for 4 species painted by Alkyd varnish

总体色差ΔE*ab的变化,同样是第1次涂饰后和素材之间的差异最大,后2次涂饰后总体色差的变化急剧减小。但柠檬桉木材第1次涂饰后的色差只有其他3种木材的一半左右。采用醇酸清漆涂饰后4种木材总体色差的变化,在数值上要大于采用硝基清漆涂饰后的总体色差。

采用醇酸清漆涂饰,同样可以将4种木材分为2类。

3.3 聚氨酯清漆涂饰前后木材表面色度学参数变化

所测色度学参数见表 5。聚氨酯清漆涂饰时,所有的色度学参数在第1次涂饰后与素材比较,均发生了较大变化,而在后2次涂饰后的变幅都比较小。第1次涂饰后4种木材的明度L*均有大幅降低,其降幅与采用醇酸清漆接近,而大于采用硝基清漆涂饰;2个色品指数的变化在第1次涂饰后有明显增加;色饱和度C*ab的变化在第1次涂饰后有较大增幅;色相h*ab在第1次涂饰后有较大幅度下降;总体色差ΔE*ab的变化规律类似于硝基清漆和醇酸清漆,但在变化的数量上更接近于醇酸清漆。同样,柠檬桉木材几乎所有的色品指数的变化(在素材和第1次涂饰之间)均小于其他3种木材。

图 2 醇酸清漆第3次涂饰和素材之间的参数变化 Fig. 2 Chromatic parameters comparison between unpainted and third painted samples by Alkyd varnish
表 5 素材和聚氨酯清漆涂饰后木材表面色度学参数 Tab.5 Chromatic parameters for unpainted samples and painted samples by Polyurethane varnish

采用聚氨酯清漆刷涂处理后,相关色度学参数的比较如表 6图 3所示。

表 6 4种试材聚氨酯清漆涂饰相关色度学参数比较 Tab.6 Relative chromatic parameters comparison for 4 species painted by Polyurethane varnish
图 3 聚氨酯清漆第3次涂饰和素材之间的参数变化 Fig. 3 Chromatic parameters comparison between unpainted samples and third painted samples by Polyurethane varnish
4 结论

涂饰后木材表面颜色的变化是渐变过程,随着涂饰次数的增加木材表面的颜色趋于稳定。其中第1次涂饰(底漆)对木材色度学参数的影响最为显著。

涂饰后柠檬桉木材色度学参数与素材最为接近,从透明涂饰保持和渲染木材天然纹理与色彩的角度出发,柠檬桉木材最适宜于用清漆进行透明涂饰的本色处理。尾巨桉、窿缘桉与核桃楸木材色度学参数的变化规律比较接近。因此从色度学角度看,3种桉树木材的用途完全可以延伸至高附加值实木制品领域。

用硝基清漆涂饰处理,所有色度学参数的变化幅度均小于用醇酸清漆和聚氨酯清漆涂饰处理,其中尤以明度L*的表现最为突出。用醇酸清漆和聚氨酯清漆涂饰处理后,色度学参数的变幅十分接近,因此从涂饰后的色度学参数和节约成本的角度出发,可以用醇酸清漆取代聚氨酯清漆。

参考文献(References)
邓背阶, 孙德彬, 高伟. 2005. 现代家具生漆透明涂饰工艺. 林产工业, 32(6): 29-32. DOI:10.3969/j.issn.1001-5299.2005.06.008
段新芳, 常德龙, 李增超, 等. 2002. 木材颜色调控技术. 北京: 中国建材工业出版社.
李坚, 刘一星, 段新芳, 等. 1998. 木材涂饰与视觉物理量. 哈尔滨: 东北林业大学出版社.
马庆丽, 孙岩, 曹海波, 等. 2000. 高级家具透明涂饰工艺. 林业科技, 25(6): 46-47.
殷亚方, 姜笑梅, 吕建雄, 等. 2001. 我国桉树人工林资源和木材加工利用现状. 木材工业, 15(5): 3-5. DOI:10.3969/j.issn.1001-8654.2001.05.001
张璧光. 2003. 木材科学与技术研究进展. 北京: 中国环境科学出版社.
Hou Xinyi, Jiang Xiaomei, Gao Jianmin, et al. 2006. Study on machining properties of Eucalyptus urophylla × E. grandisⅠ:planing and sanding properties. Chinese Forestry Science and Technology, 5(1): 21-25.
Jiang Xiaomei, Lü Jianxiong, et al. 2000. The status quo of resources and utilization for Eucalyptus plantation wood and its market outlook in China. The Future of Eucalyptus for Wood Products, IUFRO, 19-26