熱軟化及干燥處理對棕櫚藤材色的影響

袁 哲 曹積微 強明禮

(1. 西南林業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

?

熱軟化及干燥處理對棕櫚藤材色的影響

袁 哲1曹積微2強明禮2

(1. 西南林業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

通過汽蒸和微波加熱方式對云南省藤、版納省藤和高地鉤葉藤進行軟化并用傳統(tǒng)烘箱和微波加熱對藤材進行干燥，測定其色度學(xué)參數(shù)變化，評價熱軟化和干燥過程對藤材材色的影響。結(jié)果表明：藤材明度 (L*) 明顯降低，色調(diào)角 (ΔAg*) 均為負(fù)值，飽和度 (C*) 下降，色差 (ΔE*) 為18～30，汽蒸軟化方式對藤材明度 (L*) 及色差 (ΔE*) 的影響大于微波軟化處理；藤材的干燥過程是明度逐漸增加的過程，但干燥處理對藤材表面明度的影響仍小于軟化處理對藤材表明明度的影響；經(jīng)干燥處理的3種藤材材色的飽和度增加，色調(diào)角改變，出現(xiàn)一定程度的偏紅和偏藍(lán)變化。在同一干燥介質(zhì)、溫度條件下，藤材色差隨干燥時間的增加逐漸減??；在同一干燥介質(zhì)條件下，較高溫度條件下完成干燥的藤材色差大于該藤種在低溫條件下干燥完成后的色差；經(jīng)干燥后的3種藤材色差均小于藤材軟化前后色差值，干燥過程有助于減少材色差異，其中以微波干燥方式效果更為顯著。

棕櫚藤；材色；微波；汽蒸；熱軟化；干燥處理

材色是評價藤材[1]表面特性和利用價值的重要指標(biāo)之一。藤材在熱軟化過程和干燥過程中，材色改變，色度學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，這可能與藤材中某些發(fā)色基團和助色基團發(fā)生氧化或抽提物揮發(fā)有關(guān)。與木材相比[2-8]，對棕櫚藤材色的理論研究和綜合分析還比較匱乏。本研究從明度、色差和色調(diào)角等方面研究微波、汽蒸軟化處理前后以及干燥過程中藤材色度學(xué)參數(shù)變化規(guī)律以及影響變色的因素，對藤材熱軟化和干燥處理過程中材色變化進行研究，以期為后期藤材的染色處理和變色防治提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料和設(shè)備

1.1.1 試驗材料

所用云南省藤 (Calamusyunnanensis)、版納省藤 (C.nambaruensisvar.xishuangbannaensis) 和高地鉤葉藤 (Plectocomiahimalayana) 采自云南省西雙版納州大勐龍鎮(zhèn)，所采藤材均生長正常，無病蟲害，其基本信息見表1。

表1 藤材基本情況

1.1.2 試驗設(shè)備

軟化處理設(shè)備為格蘭仕WD900型微波爐(最大輸出功率900 W，微波頻率為2 450 MHz) 和LDZM-80KCS立式壓力蒸汽滅菌器；彈性模量測定采用日本島津AG-I萬能力學(xué)試驗機；材色測定采用SC-80C全自動色差計；干燥處理分別采用格蘭仕WD900型微波爐和GZX-9240MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 汽蒸加熱軟化處理

試件在常溫下放入水中浸泡14 d至飽水后放入蒸汽加熱設(shè)備中進行軟化試驗，通過抗彎彈性模量[7-9]變化評價軟化效果。3種藤材的軟化處理條件為：微波加熱軟化試驗中，云南省藤在360 W功率下加熱2 min，版納省藤在360 W功率下加熱3 min，高地鉤葉藤在540 W功率下加熱3 min；汽蒸軟化試驗中，云南省藤在115 ℃條件下加熱軟化80 min，版納省藤在121 ℃條件下加熱軟化40 min，高地鉤葉藤在121 ℃條件下加熱軟化60 min。經(jīng)上述熱軟化處理后，棕櫚藤抗彎彈性模量約為未軟化處理前 (含水率為12%) 的10%～25%，達(dá)到較好的軟化效果，軟化前后及干燥過程中材色測定基于以上軟化處理進行。

1.2.2 軟化前后及干燥過程材色測定

對軟化前后的棕櫚藤試樣藤皮部分進行材色測定，其后將微波軟化后的藤材用微波干燥，汽蒸加熱軟化后的藤材采用干燥箱干燥，并測定干燥過程中不同加熱功率、溫度下，材色隨時間的變化情況。

試驗采用1976年CIE (L*a*b*) 標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)表征系統(tǒng)對藤材顏色進行表征，主要視覺物理參數(shù)為明度 (L*)、色差 (ΔE*)、色調(diào)角 (Ag*)、色飽和度 (C*) 以及色度指數(shù) (a*和b*)。試驗前對設(shè)備進行校正，測定L*、a*、b*并計算色度學(xué)參數(shù)[10-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 軟化前后材色變化

微波、汽蒸熱軟化處理前后藤材材色變化情況見表2。

由表2可以看出，熱處理使3種藤材的明度 (L*) 降低：云南省藤經(jīng)微波、汽蒸熱軟化明度分別降低約30%、37%，版納省藤分別降低約35%、43%，高地鉤葉藤分別降低約40%、45%；汽蒸軟化過程對藤材明度的影響大于微波熱處理，這可能是由于蒸汽加熱介質(zhì)條件下更多的抽提物揮發(fā)或水解。經(jīng)熱處理后3種藤材色品均出現(xiàn)不同程度的偏紅和偏藍(lán)，其中以版納省藤和高地鉤葉藤色品變化較為明顯，色調(diào)角 (ΔAg*) 均為負(fù)值，色相角順時針變化；飽和度 (C*) 呈下降趨勢，總體色差 (ΔE*) 為18～30，且汽蒸熱處理前后藤材色差大于微波熱處理。經(jīng)熱處理的藤材試樣色度學(xué)參數(shù)均發(fā)生不同程度的變化，這可能與藤材受溫度與濕度的共同作用，內(nèi)部的有發(fā)色和助色基團經(jīng)高溫氧化，加之部分抽提物的揮發(fā)或水解溶出，最終導(dǎo)致材色的變化。

2.2 干燥過程中材色變化

2.2.1 干燥過程對明度 (L*) 的影響

明度值反映物體表面的明亮程度。干燥過程藤材的明度 (L*) 變化情況見圖1。

由圖1可以看出，采用干燥箱，溫度為32 ℃時，藤材表面的明度均隨干燥時間的增加而出現(xiàn)不同程度的增長，以云南省藤和版納省藤增長趨勢較為明顯且主要出現(xiàn)在干燥9 d后。干燥溫度的增加會對明度變化產(chǎn)生影響：32 ℃時，明度增加主要表現(xiàn)在干燥9 d后；隨著干燥溫度的增加，版納省藤的明度快速增長區(qū)間出現(xiàn)時間更早：55 ℃時，明度在14～24 h間快速增加；而85 ℃時，明度則在2～4 h間增長較快。而2種干燥方法下都以高地鉤葉藤明度增加較為平緩。以上趨勢表明：藤材的干燥過程是明度逐漸增加、材色逐漸變亮的過程；相較于軟化過程，干燥處理對藤材表面明度的影響小于軟化處理，即經(jīng)干燥后的藤材明度均小于未處理藤材。

表2 熱處理對藤材材色的影響

圖1 干燥處理對藤材明度 (L*) 的影響

Fig.1 Effect of drying process onL*of rattan

對比2中干燥方式，經(jīng)微波干燥的藤材明度大于干燥箱干燥，且微波干燥效率也明顯高于干燥箱；隨著微波干燥功率的增加，明度增長規(guī)律與干燥箱相同。

2.2.2 干燥過程對飽和度 (C*) 的影響

干燥過程藤材的飽和度 (C*) 變化情況見圖2。

由圖2可以看出，經(jīng)干燥處理的3種藤材飽和度均出現(xiàn)不同程度變化，但不同藤種也存在差異。傳統(tǒng)的干燥箱干燥中，云南省藤和高地鉤葉藤的飽和度變化較為平緩，飽和度隨溫度變化無明顯變化；干燥版納省藤過程中，飽和度出現(xiàn)不同程度的增長，且隨著干燥溫度的升高，飽和度增長區(qū)間出現(xiàn)時間提前。微波干燥過程中，不同功率條件下，3種藤材的飽和度均出現(xiàn)一定程度的增加，但未見干燥時間和干燥介質(zhì)溫度對藤材飽和度變化有明顯相關(guān)性。

圖2 干燥處理對藤材飽和度 (C*) 的影響

Fig.2 Effect of drying process onC*of rattan

2.2.3 干燥過程對色調(diào)角 (Ag*) 的影響

色調(diào)角Ag*反映了色度指數(shù)a*和b*的共同變化。干燥過程藤材的色調(diào)角 (Ag*)變化情況見圖3。

由圖3可以看出，2種干燥工藝下，干燥前后藤材的色調(diào)角為0.8～1.2，小部分值> 1.2。在干燥過程中，色調(diào)角差值 (ΔAg*) 多< 0，色相角順時針變化，說明藤材顏色有一定程度的偏紅和偏藍(lán)變化。

圖3 干燥處理對藤材色調(diào)角 (Ag*) 的影響

Fig.3 Effect of drying process onAg*of rattan

2.2.4 干燥過程對色差 (ΔE*) 的影響

色差 (ΔE*) 反映材料表面顏色的總體變化程度，當(dāng)色差值為3.0～6.0時表示顏色變化明顯，介于6.0～12.0時表示顏色變化很大，> 12.0時表明顏色截然不同。干燥過程藤材的色差 (ΔE*) 變化情況見圖4。

圖4 干燥處理對藤材色差 (ΔE*) 的影響

Fig.4 Effect of drying process onΔE*of rattan

由圖4可以看出，干燥處理對藤材材色造成一定程度的影響：經(jīng)傳統(tǒng)烘箱干燥后的3種藤材較未處理材的色差 (ΔE*) 均 > 12，材色變化明顯；經(jīng)微波干燥后的3種藤材色差 (ΔE*) 為9～18；2種干燥方式下材色變化都以高地鉤葉藤色差最大，云南省藤次之，版納省藤最小；經(jīng)傳統(tǒng)烘箱干燥后的3種藤材色差均大于該藤種經(jīng)微波干燥后的色差，表明微波干燥過程對材色影響相對較小，其材色更接近未經(jīng)處理的藤材。

在同一干燥介質(zhì)、溫度條件下，藤材色差隨干燥時間的增加逐漸減小。隨著干燥介質(zhì)溫度的增加，色差下降區(qū)間出現(xiàn)時間明顯提前，但其中高地鉤葉藤色差變化較為平緩。在同一干燥介質(zhì)條件下，較高溫度條件下完成干燥的藤材色差大于該藤種在低溫條件下干燥完成后的色差。經(jīng)干燥后的3種藤材色差均小于藤材軟化前后色差值，干燥過程有助于減少材色差異。

3 結(jié)論與討論

1) 經(jīng)熱軟化的藤材色度學(xué)參數(shù)均發(fā)生不同程度的變化：藤材明度 (L*) 明顯降低，色調(diào)角 (ΔAg*) 均為負(fù)值，飽和度 (C*) 下降，色差 (ΔE*) 為18～30。汽蒸軟化方式對藤材明度及色差的影響大于微波軟化處理，這可能是由于蒸汽加熱介質(zhì)在軟化過程中造成更多的抽提物溶解和揮發(fā)。

2) 藤材的干燥過程是明度逐漸增加的過程，但干燥處理對藤材表面明度的影響仍小于軟化處理對藤材表明明度的影響。微波干燥處理對藤材明度的影響相對較小，經(jīng)微波干燥的藤材明度大于干燥箱干燥的藤材。

3) 經(jīng)干燥處理的3種藤材材色的飽和度增加，色調(diào)角改變，出現(xiàn)一定程度的偏紅和偏藍(lán)變化。

4) 在同一干燥介質(zhì)、溫度條件下，藤材色差隨干燥時間的增加逐漸減小。在同一干燥介質(zhì)條件下，較高溫度條件下完成干燥的藤材色差大于該藤種在低溫條件下干燥完成后的色差。經(jīng)干燥后的3種藤材色差均小于藤材軟化前后色差值，干燥過程有助于減少材色差異，其中以微波干燥方式效果更為顯著。

5) 由于材性的不同，3種藤材的色度學(xué)參數(shù)變化存在差異。軟化過程中，高地鉤葉藤明度和色差變化較大；干燥過程中，明度和色差變化則以高地鉤葉藤變化較為平緩。

本研究通過汽蒸和微波加熱方式對藤材進行軟化并用傳統(tǒng)烘箱和微波加熱對藤材進行干燥，測定其色度學(xué)參數(shù)變化，評價了熱軟化和干燥過程對藤材材色的影響，為今后藤材熱軟化和干燥工藝選擇，藤材的變色防治、染色及高效研究利用提供參考。同時由于藤材的材質(zhì)差異和抽提物成分各異，對于藤材材色的影響機理、造成材色變化的主要因素以及材色變化和藤材材性的關(guān)系等仍有待深入研究。

[1] 江澤慧, 蕭江華, 許煌燦. 世界竹藤[M]. 沈陽: 遼寧科技出版社, 2002: 509-612.

[2] 張翔, 申宗圻. 木材顏色的定量表征[J]. 林業(yè)科學(xué), 1990, 26(4): 344-352.

[3] 劉一星, 李堅. 中國110種木材表面視覺物理量的分布特征[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1995, 23(1): 52- 58.

[4] 劉一星, 李堅, 王金滿, 等. 木材材色與世界森林地理分布的關(guān)系[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1993, 21(4): 41-46.

[5] 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.

[6] 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, 2005.

[7] 童龍, 陳太安, 馬欣欣, 等. 2種棕櫚藤材彎曲蠕變性能比較[J]. 西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 35(3): 78-82.

[8] 郭偉, 牛曉霆, 李偉, 等. 納米ZnO改性蜂蠟處理緬甸花梨木材表面性能[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2016, 38(2): 113-119.

[9] 曹積微, 袁哲, 強明禮. 微波和汽蒸加熱軟化棕櫚藤材抗彎性能及材色的比較研究[J]. 西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2016, 36(4): 158-162.

[10] 羅真付, 張雪峰, 陸步云, 等. 棕櫚藤力學(xué)性質(zhì)及測試方法的研究[J]. 家具與室內(nèi)裝飾, 2012(7): 108-110.

[11] 呂文華, 劉杏娥. 棕櫚藤材的抗彎強度測試方法[J]. 木材加工機械, 2012, 23(1): 1-5.

[12] 袁輝, 溫衛(wèi)東, 崔海濤. 三點彎曲試驗彎剪耦合效應(yīng)分析及測試結(jié)果修正方法[J]. 復(fù)合材料學(xué)報, 2009, 26(1): 190-195.

[13] 李堅, 劉一星, 段新芳. 木材涂飾與視覺物理量[M].哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué)出版社,1998.

[14] Vanclay J K, Henson M, Palmer G. Color variation and correlations inEucalyptusdunniisawnwood[J]. Journal of Wood Science, 2009, 54(6): 431-435.

[15] 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.

[16] 楊亮慶, 黃海兵, 由昌久. 汽蒸處理及干燥過程對小徑落葉松變色的影響[J]. 林業(yè)科技, 2012, 37(3): 49-51.

[17] 伊新雙, 母軍, 高建民, 等. 高溫水蒸氣預(yù)處理對楓樺誘發(fā)變色的影響[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2009, 31(s1): 81-84.

(責(zé)任編輯 曹 龍)

The Effect of Softening and Drying Process on Rattan Color

Yuan Zhe1, Cao Jiwei2, Qiang Mingli2

(1. Art College, Southwest Forestry University, Kunming Yunnan 650224, China; 2. College of Materials Engineering, Kunming Yunnan 650224, China)

Calamusyunnanensis,C.nambaruensisandPlectocomiahimalayanawere softened by microwave and steaming heating, using traditional oven and microwave heating to dry the rattan. The changes of color parameters were determined, and the effect of the softening and drying process on the rattan color was evaluated. The results showed that the brightness(L*) and saturation (C*) of softening rattan samples decreased, hue angle (ΔAg*) was minus, chromatic aberration (ΔE*) was in the range of 18-30. The effect of steam softening method onL*andΔE*was more obviously than microwave. TheL*gradually increased in the process of drying, but the effect of drying process onL*was lower than that of softening process. TheC*of 3 dried samples increased andAg*changed, the rattan color appeared slight red and blue.ΔE*gradually decreased as drying time increasing in the same medium temperature.ΔE*of rattan samples drying by higher medium temperature were more obvious than that with lower medium temperature.ΔE*of 3 rattan samples after drying was smaller than that before and after softening, The drying process contributed to rattan color difference reducing, and microwave drying process was more significant.

rattan, chromatic parameters, microwave, steaming, thermal softening, drying

10. 11929/j. issn. 2095-1914. 2016. 06. 026

2016-07-05

云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目 (2012FB167) 資助；云南省卓越青年教師特殊培養(yǎng)項目 (51400674) 資助。

S784

A

2095-1914(2016)06-0158-06

第1作者：袁哲 (1975—)，女，博士，副教授。研究方向：家具設(shè)計、家具材料與工藝。Email: yuan-zhe@sohu.com。