常德龍 董儒貞 謝 青 黃文豪 黃 琳

(國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心，鄭州，450003) (河南工程學(xué)院) (國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心)

木材顏色是衡量木材材質(zhì)的一個重要指標(biāo)［1］，其色度學(xué)指標(biāo)直接關(guān)系到木材表觀質(zhì)量，影響木材使用價值及利用率［2-3］。

變色使木材材面或木制品表面顏色不均勻，深淺不一，使木材的紋理和色調(diào)的美觀受到破壞，直接影響成材和制品的外觀質(zhì)量，使其商品價值大為降低［4］。一些刨切用木材如泡桐、樟子松、香樟木、竹材等木材經(jīng)過蒸煮、加熱、調(diào)濕后，在儲運(yùn)、加工過程中極易發(fā)生藍(lán)變，有時又稱青變，影響木材表觀質(zhì)量［5-8］，使產(chǎn)品出材率、利用率大為降低，經(jīng)常造成產(chǎn)品降等、削價、虧損，甚至用戶退貨索賠。因此，木材藍(lán)變防治備受微薄木及其二次貼面裝飾木材加工企業(yè)重視，生產(chǎn)的全部過程都要考慮木材變色問題。

對于木材藍(lán)變預(yù)防，可采用物理法低溫、干燥抑制真菌生長，也可采用化學(xué)法對木材進(jìn)行防腐、防霉控制［9-15］。但由于加工量大，企業(yè)條件限制，即便采用以上措施，在夏季潮濕環(huán)境下，仍有大量木材發(fā)生藍(lán)變。有很多科研人員尋找辦法進(jìn)行脫出藍(lán)變色斑［16-18］，從理論上分析了變色物質(zhì)的成分及特性，但因成分及變色機(jī)理復(fù)雜，還沒有找到簡便而有效方法進(jìn)行防治。生產(chǎn)上多采用雙氧水加燒堿水溶液進(jìn)行漂白，雖有一定效果，但因雙氧水易揮發(fā)，藥效持續(xù)性差，處理工藝時間長，藍(lán)變不能徹底去除。筆者針對加工中常用的微薄木加工用木材如泡桐、樟子松、香樟木和竹子等材種，根據(jù)以往的木材變色防治成果，綜合考慮脫色劑對木材藍(lán)變色素作用的敏感程度、藥劑間的協(xié)同作用、改善木材表面活性、滲透性等因素，配制了環(huán)保型藍(lán)變木材脫色劑TSBL，進(jìn)行藍(lán)變脫色試驗(yàn)，以期解決藍(lán)變木材色素脫出問題。

1 材料與方法

1.1 材料

泡桐(Paulownia elongata)，采自河南省蘭考縣木材加工廠，木材產(chǎn)地為當(dāng)?shù)亍Ｕ磷铀?Mongolian Scotch Pine)10株，為俄羅斯進(jìn)口木材，無結(jié)疤、無腐朽。橡膠木(Hevea spuceana)，采自山東菏澤莊寨鎮(zhèn)木材市場，巴西進(jìn)口木材，木材無結(jié)疤、無腐朽。香樟木(Cinnamonum camphora(L.))，采自山東菏澤莊寨鎮(zhèn)木材市場，產(chǎn)地為湖南益陽。竹子(Moso Bamboo)，采自山東菏澤莊寨鎮(zhèn)木材市場，產(chǎn)地為浙江安吉，刨切用集成材。

脫色劑TSBL，由次氯酸鈉、過碳酸鈉、SDS及EDTA主要成分組成，按照m(次氯酸鈉)∶m(過碳酸鈉)∶m(SDS)∶m(EDTA)=(1～20)∶(1～20)∶(0.01～1) ∶(0.05～1)比例由中心實(shí)驗(yàn)室配制成水溶液，無毒環(huán)保。

雙氧水，工業(yè)級，鄭州生產(chǎn)。

1.2 方法

將4種發(fā)生嚴(yán)重藍(lán)變木材及竹材制成尺寸為50 mm×10 mm×5 mm的試件，各600塊;4種木材及竹材微薄木尺寸(長度×弦向×徑向)為50 mm×0.6 mm×5 mm，每種1 500片;低溫恒濕存放備用。

采用WHSC-100測色儀，測定木材不同層面顏色、L*a*b*表色系、L*(亮度)、a*(變紅度)、b*(變黃度)、ΔE*(總色差)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

正交試驗(yàn)：分別將脫色液質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、處理時間(B)、溫度(C)及脫色液pH值(D)作為影響因子，每個因子設(shè)定3個水平，考慮交互作用，選擇正交表L27(313)安排樟子松微薄木藍(lán)變脫色試驗(yàn)，每個處理試驗(yàn)6片微薄木，測定木材表面L*(亮度)、a*(變紅度)、b*(變黃度)、ΔE*(總色差)，5 次重復(fù)，綜合研究分析各影響因子。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

木片厚度及處理時間對藍(lán)變木材脫色效果的影響：將藍(lán)變木塊、竹片各30塊分別放到3%的脫色液中，加熱至40℃，并恒溫保持，分別對處理1、3、5、7、9 h 的1、2、3、4、5 mm 深度層面的藍(lán)變木材漂白效果進(jìn)行觀測。

脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對木材脫色效果的影響：將雙氧水配成1%、5%、20%3個梯度的堿性溶液，脫色劑TSBL質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別1%、3%、5%3個水平，在脫色過程中將脫色液加熱至40℃，保持恒溫，木皮厚度為0.6 mm，處理時間為3 h，將備好的4種木材及竹子微薄木試件90塊放入溶液中處理，觀察脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對脫色效果的影響。

處理溫度對藍(lán)變木材脫色效果的影響：將每個材種微薄木200塊試件分成4組各50塊，脫色液處理溫度分別為 20、30、40、50 ℃，處理時間為 5 h，進(jìn)行脫色試驗(yàn)，觀測木皮表面真菌藍(lán)變色素脫出情況。

脫色液酸堿度pH值對藍(lán)變木材脫色效果的影響：脫色液的 pH 值分別設(shè)定為 5、6、7、8、9，溫度為40℃，將每個材種微薄木250塊試件分成5組各50塊，處理時間為3 h，測定不同pH值條件下藍(lán)變木材的脫色效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響因子的方差分析

因發(fā)生藍(lán)變的木材L*(明度)，a*(紅綠軸色品指數(shù))在脫色試驗(yàn)中變化不明顯，不能真實(shí)反映藍(lán)變木材脫色前后視覺效果差異，故本試驗(yàn)暫省略對其分析，主要對 b*(黃藍(lán)軸色品指數(shù))和總色差ΔE*進(jìn)行分析。從表2正交試驗(yàn)方差分析中得知，脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)和反應(yīng)環(huán)境pH值(D)對黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*及總色差ΔE*影響達(dá)到了極顯著水平，說明兩因素對脫色效果起到關(guān)鍵作用。從反應(yīng)過程中也可以看出，脫色劑的使用量跟木材藍(lán)變脫出有直接關(guān)系，同時，pH值達(dá)到一定的條件后，反應(yīng)才能進(jìn)行，起到引發(fā)與終止的作用。處理時間(B)也達(dá)到了次極顯著的水平，說明脫色反應(yīng)需要一定時間，時間過短達(dá)不到脫出藍(lán)變的效果，只有經(jīng)過一段時間化學(xué)反應(yīng)，才能達(dá)到理想的脫色效果。質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)與溫度(C)的交互作用AC對b*的影響達(dá)到顯著水平，因?yàn)槊撋俏鼰岱磻?yīng)，試驗(yàn)結(jié)果也表明藥劑在一定的溫度下反應(yīng)效果好。處理時間(B)與溫度(C)的交互作用BC對ΔE*的影響達(dá)到顯著水平，說明反應(yīng)經(jīng)過一定的時間，且達(dá)到適宜溫度，藍(lán)變木材脫色的總色差ΔE*才能理想。溫度(C)單獨(dú)影響因子沒有達(dá)到顯著水平，但從試驗(yàn)上仍能感到受其影響。根據(jù)表3總色差ΔE*分析中達(dá)到顯著水平的影響因素K值可以看出，藍(lán)變木材脫色最佳組合為A2B2C2D2，即在脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，處理時間3 h，溫度為40°，酸堿度pH=7時，樟子松微薄木材藍(lán)變可以脫出。其它木材因其本身特性不同脫色因子最佳組合會有一定差異。

2.2 木片厚度及處理時間對藍(lán)變木材脫色效果的影響

表4顯示：不同處理時間，脫色深度不一樣，時間越短，脫色深度越淺，時間長，脫色深度深。樟子松、橡膠木、香樟木、竹子木材處理1 h，藍(lán)變均不能脫出;加熱3 h，脫色深度達(dá)1 mm;加熱5 h，脫色深度達(dá)3 mm;加熱7～9 h，脫色深度達(dá)到5 mm，甚至更深。泡桐木材藍(lán)變較難脫出，加熱5 h，脫色深度達(dá)1 mm;加熱7 h，脫色深度達(dá)3 mm;加熱9 h，脫色深度達(dá)5 mm，甚至更深。不難看出，脫色效果、脫色深度與處理時間有直接關(guān)系，處理時間越長，脫色深度越深;處理時間短，處理效果不理想，甚至表層藍(lán)變亦不能脫出。這也說明，木材越厚，脫色難度越大。泡桐木材藍(lán)變更加難以脫出，這與泡桐木材滲透性差，脫色液難以進(jìn)入木材發(fā)揮作用有關(guān)。樟子松、橡膠木、香樟木和竹子較泡桐材的藍(lán)變易脫出，這與它們的滲透性好有關(guān)。

表2 正交試驗(yàn)方差分析

表3 總色差ΔE*達(dá)到顯著水平的影響因素K值

表4 藍(lán)變木材在不同脫色處理時間、不同深度層的觀察結(jié)果

2.3 脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對木材脫色效果的影響

表5結(jié)果顯示：在木材傳統(tǒng)脫色廣泛使用的雙氧水，由低到高的3種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)藥液均不能脫出藍(lán)變木材色斑;脫色劑TSBL的1%藥液不能脫出藍(lán)變色斑，3%的藥液即可脫出4種木材藍(lán)變，5%亦可，只是因藥力強(qiáng)，脫色速度更快。實(shí)驗(yàn)說明，一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TSBL藥液在適宜條件下，能夠達(dá)到滿足脫出木材藍(lán)變之目的。

表5 脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對木材脫色效果的影響

2.4 處理溫度對藍(lán)變木材脫色效果的影響

從表6中看到，溫度對脫色劑TSBL脫色效果影響明顯，溫度較低時，雖有一定效果，但不能脫出木材藍(lán)變色素，即溫度低于40℃時脫色反應(yīng)很慢。這是因?yàn)槊撋珓λ{(lán)變木材的氧化還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，需要熱能，需要提高溫度，當(dāng)超過40℃時，反應(yīng)迅速，藍(lán)變色素很快消失。

表6 溫度對藍(lán)變木材脫色效果的影響

2.5 脫色劑pH值對藍(lán)變木材脫色效果的影響

從表7可知，pH值對藍(lán)變木材脫色影響明顯，中性的藥液基本處于平衡狀態(tài)，反應(yīng)很慢。當(dāng)脫色劑處于酸性狀態(tài)，即低于7時，H+離子多時，反應(yīng)啟動，脫色速率明顯提高，且隨著酸性的增強(qiáng)，脫色反應(yīng)更徹底。結(jié)果顯示，酸性狀態(tài)下，藍(lán)變木材色斑可以去除。當(dāng)脫色劑處于堿性狀態(tài)，大于7時，HO-離子多時，藥液脫色反應(yīng)基本處于停止?fàn)顟B(tài)，藍(lán)變色斑不能脫出。由此看出，H+和HO-基團(tuán)對TSBL脫色劑有調(diào)控作用。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明：脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH值對黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*及總色差ΔE*影響達(dá)到了極顯著水平，處理時間也達(dá)到了次極顯著的水平，說明其對脫色效果起到關(guān)鍵作用。藍(lán)變木材脫色最佳組合為：脫色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，處理時間3 h，溫度為40℃，酸堿度pH=7時，樟子松微薄木材藍(lán)變可以脫出。其它木材因其本身特性不同，脫色因子最佳組合會有一定差異。質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%以上的脫色劑TSBL藥液即可脫出木材藍(lán)變，質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，脫色效果越好。脫色效果、脫色深度與處理時間有直接關(guān)系，處理時間越長，脫色深度越深;反之則差，甚至藍(lán)變不能脫出。木材越厚，脫色難度越大。泡桐木材由于滲透性差，需要5～9 h才能脫出藍(lán)變。樟子松、橡膠木、香樟木和竹子較泡桐材滲透性好，3～7 h即可脫出藍(lán)變。脫色劑pH值對藍(lán)變木材脫色影響明顯，中性的藥液基本處于平衡狀態(tài)，當(dāng)脫色劑處于酸性狀態(tài)，即pH＜7時，脫色速率明顯提高，且隨著酸性的增強(qiáng)，反應(yīng)充分，藍(lán)變木材色斑可以去除。當(dāng)脫色劑處于堿性狀態(tài)，pH＞7時，藥液脫色反應(yīng)基本處于停止?fàn)顟B(tài)，藍(lán)變色斑不能脫出。

表7 脫色劑pH值對藍(lán)變木材脫色效果的影響

［1］李堅.木材科學(xué)［M］.2版.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，2002：434-476.

［2］李堅.木材保護(hù)學(xué)［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1999：38-87.

［3］劉一星.木材視覺環(huán)境學(xué)［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1994：21-23.

［4］陸文達(dá).木材改性工藝學(xué)［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1993：106-155.

［5］蔣建平.泡桐栽培學(xué)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，1990：370-410.

［6］方桂珍.木材的變色與防治［J］.北京木材工業(yè)，1992(4)：24-27.

［7］周慧明.木材防腐［M］.北京：中國林業(yè)出版社，1989：109-120.

［8］段新芳.木材變色防治技術(shù)［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2002.

［9］Eslyn W E，Cassens D L.Laboratory evaluation of selected fungicides for control of sapstain and mold on southern pine lumber［J］.Forest Products Journal，1983，33(4)：65-68.

［10］Hulme M A，Thomas JK.Control of fungal sap stain with alkaline solutions of quaternary ammonium compounds and with tertiary amine salts［J］.Forest Products Journal，1979，29(11)：25-29.

［11］Levitin N.Lignins of sapwood and mineral stained maple.Canadian Forestry service［J］.Bi-Monthly Research Notes，1970，27(4)：29-30.

［12］Presnell T L，Nicholas D D.Evaluation of combinations of lowhazard biocides in controlling mold and stain fungi in southern pine［J］.Forest Products Journal，1990，40(2)：57-61.

［13］Unligil H H.Laboratory screening tests of fungicides of low toxic hazard for preventing fungal stain of lumber［J］.Forest Products Journal，1979，29(4)：55-56.

［14］Verrall A F.Relative importance and seasonal prevalence of wood-staining fungi in the southern states［J］.Phytopathology，1939，29：1031-1035.

［15］Verrall A F.Dissemination of fungi that stain logs and lumber［J］.Journal of Agricultural Research，1941，63(9)：549-558.

［16］Zink P，F(xiàn)engel D.Studies on the colouring matter of blue-stain fungi Part 1：General characterization and the associated compounds［J］.Holzforschung，1988，42(4)：217-220.

［17］Zink P，F(xiàn)engel D.Studies on the colouring matter of blue-stain fungi Part 2：Electron microscopic observations of the hyphae walls［J］.Holzforschung，1989，43(6)：371-374.

［18］Zink P，F(xiàn)engel D.Studies on the colouring matter of blue-stain fungi Part 3：Spectroscopic studies on fungal and synthetic melanins［J］.Holzforschung，1989，44(3)：163-168.