彭曉瑞 張占寬

（中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局木材科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091）

我國(guó)是木制品制造和出口大國(guó)，其中家具、木門、木地板等產(chǎn)量和產(chǎn)值均居世界第一。然而，我國(guó)森林資源匱乏，特別是珍貴木材資源稀缺[1-5]。由此，為節(jié)約木材資源，提高產(chǎn)品附加值，采用增強(qiáng)材料加強(qiáng)柔性、抗拉強(qiáng)度與厚度的柔性裝飾薄木受到廣泛關(guān)注[6-8]。新型塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木由既為柔性增強(qiáng)材料，又為膠黏材料的塑膜與裝飾薄木經(jīng)高溫?zé)釅簭?fù)合而成，具有制備和貼面工藝簡(jiǎn)單、無需施膠、無游離甲醛釋放、成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊[9-11]。然而，裝飾薄木與塑膜在高溫?zé)釅哼^程中，薄木內(nèi)部成分可能會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)以及分子內(nèi)重排，部分酚羥基或取代基被氧化，發(fā)色體系結(jié)構(gòu)變化，造成薄木表面產(chǎn)生變色現(xiàn)象，對(duì)柔性裝飾薄木在木家具及制品表面的裝飾應(yīng)用具有一定影響[12-14]。已有研究多集中于高溫?zé)崽幚砟静谋砻嬲T發(fā)變色和化學(xué)變色原理，而對(duì)珍貴木材裝飾薄木受熱壓溫度和時(shí)間影響的研究鮮有報(bào)道。本研究以紅櫟（Quercus rubra）、柚木（Tectona grandis）和花梨（Pterocarpussp.）裝飾薄木為試驗(yàn)材料，借助國(guó)際照明標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的CIE L*a*b*標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)，探究3種木材在不同熱壓溫度和熱壓時(shí)間下的變色特性，以更好地通過修色、涂飾等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木的材色調(diào)控，力求使木材修色涂飾后與樣板要求顏色相一致，滿足消費(fèi)者的要求。

1 材料與方法

1.1 材料

柚木、花梨和紅櫟裝飾薄木均為市購(gòu)，密度分別為0.93、0.68 g/cm3和0.72 g/cm3，含水率控制在8%～10%，厚度（H）均為0.3 mm，裁剪成幅面為200 mm（L）× 200 mm（W）的試樣備用。其中，柚木、花梨為徑切面，紅櫟為弦切面。

馬來酸酐接枝聚乙烯改性聚乙烯膜，厚度為0.03 mm，接枝率5%～7%，熔融指數(shù)為800～1 600 g/10 min，購(gòu)自河北雄縣雙龍塑料制品有限公司。裁切成幅面為200 mm × 200 mm的試樣備用。

1.2 設(shè)備

全自動(dòng)測(cè)色儀（SC-80C），上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司；熱壓機(jī)（卓上型G-12平壓熱壓機(jī)），日本。

1.3 試驗(yàn)方法

薄木和聚乙烯膜的極性和熱膨脹系數(shù)具有顯著差異，為避免聚乙烯膜和裝飾薄木之間界面結(jié)合耐久性差和高溫?zé)釅壕砬冃螁栴}，采用低溫等離子體改性處理設(shè)備分別對(duì)塑膜和裝飾薄木進(jìn)行表面改性，然后再進(jìn)行材料組坯和高溫?zé)釅簭?fù)合工藝。在等離子體處理后，先利用全自動(dòng)測(cè)色儀于裝飾薄木表面任意選取3點(diǎn)測(cè)量，取其平均值為試樣材色的量化值。隨后將3種裝飾薄木與改性聚乙烯膜對(duì)齊疊，裝飾薄木上面放置金屬板，聚乙烯膜下面先后放置聚四氟乙烯膜和金屬板，完成組坯后將其放入熱壓機(jī)?；谇捌谘芯拷Y(jié)果，熱壓壓力對(duì)塑膜增強(qiáng)柔性薄木熱壓顏色變化影響相對(duì)較小。因此，本研究分別在預(yù)實(shí)驗(yàn)得出的熱壓溫度120、130、140、150、160 ℃，熱壓時(shí)間90、120、150、180、210、240 s條件下進(jìn)行高溫?zé)釅簭?fù)合。卸壓冷卻到室溫后，分別取3片試樣，在每片試樣表面分別標(biāo)定5個(gè)材色相對(duì)均勻、紋理一致的測(cè)量點(diǎn)，使用測(cè)色儀測(cè)定其表面顏色。以L*、a*、b*為基礎(chǔ)，按以下公式計(jì)算飽和度C*、色相h、色差ΔE、明度變化 ΔL*值[15-16]：

2 結(jié)果與分析

2.1 塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木材色

木材的顏色與其表面反射和內(nèi)部漫反射有關(guān)，并由反射光的性質(zhì)決定。影響木材顏色的主要因素有木材的主要化學(xué)成分、浸提成分及其含量[17-18]。

圖1為3種薄木高溫?zé)釅簭?fù)合后的材色，經(jīng)等離子體改性處理后，紅櫟裝飾薄木素色為淺色，顏色偏白，花梨和柚木素色的顏色較深，其中花梨偏深紅棕，柚木偏棕黃。經(jīng)高溫?zé)釅簭?fù)合后，3種裝飾薄木明度都有所變化，相對(duì)應(yīng)的色相均發(fā)生改變。在高溫?zé)釅禾幚磉^程中，裝飾薄木內(nèi)部水分向外遷移，同時(shí)部分水溶性的抽出物，如酚類、黃酮類化合物隨之外移至表面，因而導(dǎo)致裝飾薄木表面顏色發(fā)生改變。另外，木材在高溫作用下也易受空氣氧化變色[16-17]。由圖1可見，3種裝飾薄木經(jīng)高溫?zé)釅汉?，其表面顏色均有不同程度的加深，這與熱處理過程中半纖維的熱降解和酚類物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)有關(guān)[19-20]。

圖1 3 種裝飾薄木等離子體處理前后表面材色圖（熱壓溫度150 ℃ ，熱壓時(shí)間180 s）Fig. 1 Surface color of three kinds of decorative veneer before and after plasma treatment (hot press at temperature of 150 ℃ for 180 s)

由圖2～4可知，3種薄木材色的特征值差別相對(duì)較大，紅櫟裝飾薄木的明度值最高，為86.92，花梨裝飾薄木為58.33，柚木明度值最低為51.54；花梨的紅綠度值最高，為56.21，柚木的相對(duì)較低，為17.72，紅櫟裝飾薄木最低，為3.44；黃藍(lán)度值也是花梨薄木最高，為24.22，紅櫟和柚木相近且較低，分別為18.66和18.81。

由圖2可看出，隨熱壓溫度的增加和熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，柚木柔性裝飾薄木的明度值呈上升趨勢(shì)，表明經(jīng)高溫?zé)釅汉?，其表面顏色逐漸變淺，且增幅相對(duì)較?。昏帜镜募t綠度a*值略有減小，表明處理后略向綠色系過渡，但不顯著；b*值變化不大；飽和度值（C*）略有下降，但不明顯；而色相（h）值有不同程度的增大。

圖2 高溫?zé)釅簭?fù)合后塑膜增強(qiáng)柚木柔性薄木材色的L＊a＊b＊系統(tǒng)度量值Fig. 2 L＊a＊b＊ system measurement values of teak flexible veneer color after high temperature pressing

由圖3 可知，與柚木柔性薄木一致，隨熱壓溫度的增加和熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，花梨柔性裝飾薄木的明度值同樣呈逐漸上升趨勢(shì)，表明其顏色逐漸變淺，但其明度值增幅遠(yuǎn)高于柚木，最大可達(dá)10.51 個(gè)單位。隨熱壓溫度的增加和熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，花梨裝飾薄木的a*和b*值均不斷降低，表明其顏色向藍(lán)綠色系偏移，但不顯著；C*值變化與a*值基本一致。當(dāng)熱壓溫度為130～160 ℃時(shí)，與未處理的花梨裝飾薄木相比，其色相值（h）呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖3 高溫?zé)釅簭?fù)合后塑膜增強(qiáng)花梨柔性薄木材色的L＊a＊b＊系統(tǒng)度量值Fig. 3 L＊a＊b＊ system measurement values of rose wood flexible veneer color after high temperature pressing

由圖4可以看出，隨熱壓溫度的增大和熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，紅櫟柔性薄木熱壓復(fù)合后的明度值呈下降趨勢(shì)，表明其顏色加深，最大降幅可達(dá)14.95個(gè)單位。在此過程中，紅櫟柔性薄木的a*和b*值略有增大趨勢(shì)，表明其顏色向紅黃色系偏移，但同樣相對(duì)飽和度變化不顯著。

圖4 高溫?zé)釅簭?fù)合后塑膜增強(qiáng)紅櫟柔性薄木材色的L＊a＊b＊系統(tǒng)度量值Fig. 4 L＊a＊b＊ system measurement values of red oak flexible veneer color after high temperature pressing

2.2 熱壓溫度和時(shí)間對(duì)塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木顏色變化的影響

圖5～7為3種柔性裝飾薄木的明度值與色差值在不同熱壓溫度和熱壓時(shí)間條件下的變化情況。由圖可見，隨著熱壓溫度的增大，相同時(shí)間下，柔性裝飾薄木色差值總體呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)。已有研究表明，熱壓溫度的升高，可導(dǎo)致木材內(nèi)部的半纖維素乙?；鶄?cè)鏈發(fā)生裂解，且各組分中的C==O通過拉伸形成醌類結(jié)構(gòu)。隨著溫度持續(xù)升高，半纖維素中的甘露糖和葡萄糖主鏈的碳原子上發(fā)生脫乙酰反應(yīng)。同時(shí)在外界催化作用下，木質(zhì)素的縮合反應(yīng)和降解反應(yīng)與較少有序的碳水化合物發(fā)生的解聚反應(yīng)又會(huì)釋放出乙酸，并有羰基產(chǎn)物生成。而木質(zhì)素之間的連接受阻，酚羥基會(huì)發(fā)生縮聚反應(yīng)，生成羰基，最終導(dǎo)致羰基數(shù)量的增加，致使木材表面顏色發(fā)生變化[22-23]。本試驗(yàn)條件下，紅櫟柔性薄木色差值相對(duì)最大，花梨次之，柚木柔性薄木的相對(duì)最小，而色差值大小與明度值增減幅呈正相關(guān)。

圖5 熱壓參數(shù)對(duì)柚木柔性薄木表面顏色變化的影響Fig. 5 Effect of hot pressing parameters on surface color of teak flexible veneer

2.2.1 熱壓溫度對(duì)柔性薄木表面變色性能的影響

表2 為色差值與人的視覺感覺關(guān)系。如圖5 所示，柚木在熱壓溫度120 ℃時(shí)的色差值相對(duì)最小，明度值減幅相對(duì)最小，不同熱壓溫度下，色差值僅為0.31～1.36 個(gè)單位，ΔL絕對(duì)值僅為0.18～0.94 個(gè)單位，人肉眼幾乎觀察不到。當(dāng)熱壓溫度為120～150 ℃時(shí)，柚木薄木表面色差逐漸明顯，明度變化也逐漸顯著；當(dāng)熱壓溫度150 ℃時(shí)，色差值達(dá)到最大，最高可增至7.77 個(gè)單位，ΔL可達(dá)-6.45 個(gè)單位，此時(shí)色差已經(jīng)較為明顯。為達(dá)到樣板要求，需通過一定的修色處理，采用色精等材料提高柚木薄木表面的明度和顏色區(qū)值。而當(dāng)熱壓溫度為160 ℃時(shí)，柚木柔性薄木表面色差值低于140～150 ℃時(shí)，可能由于柚木導(dǎo)管中具侵填體，軸向薄壁細(xì)胞和射線細(xì)胞中含有樹膠，隨著熱壓溫度升高至一定程度，內(nèi)部侵填體和樹膠等抽提物隨水分遷移至木材表面，從而使柚木薄木表面鈍化，表面性能基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[24-25]。因此，進(jìn)一步升高溫度對(duì)其顏色的影響不大[26-27]。從圖6 可以看出，花梨柔性薄木在熱壓溫度120～130 ℃時(shí)，隨著熱壓溫度的增大，色差值明顯增大，ΔL絕對(duì)值增幅顯著；而當(dāng)熱壓溫度為140～160 ℃時(shí)，花梨柔性薄木表面的色差值增幅相對(duì)120～130 ℃時(shí)有所減小，但仍呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。當(dāng)熱壓溫度為150 ℃，熱壓時(shí)間180～210 s時(shí)，花梨薄木表面色差值最大，可達(dá)15.29～15.64 個(gè)單位，明度的絕對(duì)值最大，可達(dá)10.69～11.01，表明此時(shí)的色差已經(jīng)非常明顯，后續(xù)需要進(jìn)行材色處理。如圖7 所示，紅櫟柔性薄木表面色差值隨熱壓溫度的升高呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，與明度值變化一致，表明紅櫟薄木熱壓復(fù)合后的色差主要由于明度變化引起。當(dāng)熱壓溫度為120 ℃時(shí)，其表面色差值達(dá)到6.53～8.08 個(gè)單位，相對(duì)較?。划?dāng)熱壓溫度為150 ℃時(shí)，紅櫟柔性薄木表面色差值最大，為14.91～15.38 個(gè)單位。

表2 色差值與人的視覺感覺關(guān)系Tab.2 Relationship between color difference and human visual perception

圖6 熱壓參數(shù)對(duì)花梨柔性薄木表面顏色的影響Fig. 6 Effect of hot pressing parameters on surface color of rosewood flexible veneer

圖7 熱壓參數(shù)對(duì)紅櫟柔性薄木表面顏色變化的影響Fig. 7 Effect of hot pressing parameters on surface color of red oak flexible veneer

2.2.2 熱壓時(shí)間對(duì)柔性薄木表面變色性能的影響

從圖5～7同樣可以看出，熱壓時(shí)間對(duì)裝飾薄木表面的顏色變化也有一定影響?？傮w而言，相同熱壓溫度下，隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，3種柔性薄木表面色差值和ΔL的絕對(duì)值均呈現(xiàn)變大趨勢(shì)。柚木柔性薄木在熱壓溫度為120 ℃，熱壓時(shí)間為90～120 s時(shí)，其色差和ΔL變化逐漸增大，而熱壓時(shí)間為150～210 s時(shí)，色差與ΔL變化不明顯；當(dāng)熱壓溫度為130～140 ℃時(shí)，隨熱壓時(shí)間延長(zhǎng)，其色差與ΔL逐步增大；當(dāng)熱壓溫度150～160 ℃，熱壓時(shí)間為150～210 s時(shí)，其色差和ΔL變化不大?；ɡ嫒嵝员∧驹跓釅簻囟葹?20～140 ℃，熱壓時(shí)間為90～180 s時(shí)，其色差和ΔL變化逐漸增大，而熱壓時(shí)間為180～210 s時(shí)，其色差與ΔL變化不明顯；當(dāng)熱壓溫度為150 ℃時(shí)，其色差和ΔL變化隨熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，并達(dá)到最大值；當(dāng)熱壓溫度為160 ℃時(shí)，其色差隨熱壓時(shí)間的變化規(guī)律不明顯。在熱壓溫度一定的條件下，熱壓時(shí)間在90～120 s內(nèi)，木質(zhì)素降解反應(yīng)逐漸充分，色差和ΔL變化逐漸增大，而當(dāng)熱壓時(shí)間為150～210 s時(shí)，色差及明度變化基本趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

1）熱壓溫度對(duì)塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木材色的影響明顯，當(dāng)熱壓時(shí)間一定，熱壓溫度在120～150 ℃時(shí)，隨著熱壓溫度的增大，塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木色差和ΔL的絕對(duì)值均呈增大趨勢(shì)，并逐步趨于穩(wěn)定。3種柔性薄木在熱壓溫度為150 ℃時(shí)，色差即可達(dá)到最大。

2）熱壓時(shí)間對(duì)塑膜增強(qiáng)柔性裝飾薄木的材色變化也有一定影響。相同熱壓溫度條件下，隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，3種木材柔性裝飾薄木表面變色均呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，而當(dāng)熱壓時(shí)間達(dá)到一定時(shí)，每種木材柔性薄木的材色均達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

3）不同樹種薄木色差峰值所對(duì)應(yīng)的熱壓溫度和時(shí)間均有所不同，在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過計(jì)算色差和后續(xù)表面涂飾修色處理對(duì)色差進(jìn)行修復(fù)，使其顏色符合產(chǎn)品飾面要求。