高溫?zé)崴幚砉に噷χ裰亟M材顏色耐久性及表面形貌的影響

莊仁愛，章衛(wèi)鋼，李延軍,*，王書強，王 麗，龐小仁

高溫?zé)崴幚砉に噷χ裰亟M材顏色耐久性及表面形貌的影響

莊仁愛1，章衛(wèi)鋼1，李延軍1,2*，王書強1，王 麗1，龐小仁2

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江省木材科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，浙江 臨安 311300）

以毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）碾壓疏解竹束為原料，對其進行120、140、160℃各60 m in，160℃各30、60、90 m in的高溫?zé)崴幚聿褐瞥芍裰亟M材，運用紫外老化試驗箱加速老化方法對老化前后的竹重組材進行顏色變化分析，并運用掃描電子顯微鏡觀察高溫?zé)崴幚砉に嚽昂蟮闹裰亟M材表面形貌。結(jié)果表明：竹重組材顏色穩(wěn)定性隨著高溫?zé)崴幚頊囟鹊纳叨嵘?60℃下ΔE*ab（處理前后顏色變化的大小）值最小為9.1，而處理時間對顏色穩(wěn)定性的影響并不顯著；掃描電鏡結(jié)果表明，經(jīng)過高溫?zé)崴幚砗蟮闹裰亟M材相比未經(jīng)處理的竹重組材的表面破壞程度大，表面組織也變得更加的松散，而未處理的竹重組材表面要相對致密。

竹束；高溫?zé)崴幚?；竹重組材；紫外老化；表面形貌

竹重組材是以竹束為基本單元，按照順紋方向組坯經(jīng)過熱壓或者冷壓工藝膠合而成的一種復(fù)合材料[1]，竹重組材對竹材的徑級沒有特殊要求，而且在加工過程中纖維排列方向沒有被打亂，其物理力學(xué)性能超過竹材，并且竹重組材有良好的紋理和色澤，因此具有很好的應(yīng)用前景[2]。然而，竹材中含有較高的淀粉、糖類及蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)，所以在儲存、使用等過程中會發(fā)生如霉變、蟲蛀和開裂等問題[3～4]。因此，對竹重組材進行改性處理，提高其尺寸穩(wěn)定性，延長竹材人造板的使用壽命是很有必要的[5]。

高溫?zé)崴幚硎且环N簡單環(huán)保無污染的熱處理改性竹材的方法，可以使竹重組材的尺寸穩(wěn)定性、防腐性以及生物耐久性得到提高[6～8]。本試驗采用美國標準ASTM G154 CYCLE6對熱水抽提后的竹重組材進行紫外老化處理，通過測量紫外老化后竹重組材表面顏色的變化，來評價高溫?zé)崴幚砉に嚭笾裰亟M材的顏色耐久性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和方法

竹束：購于浙江永裕竹業(yè)股份有限公司，毛竹（Phyllostachys heterocycla cv. pubescens）竹片去青去黃，進行碾壓疏解。鋸制后試件的尺寸為：長450 mm，寬10 ～ 30 mm，厚2 ～ 5mm，初含水率為10% ～ 12%。

膠黏劑：酚醛樹脂膠黏劑，購于浙江永裕竹業(yè)股份有限公司，固含量為36%，密度為1.16g/cm3。

1.2 試驗設(shè)備

電熱蒸煮鍋（ZQS1）；壓力成型機（XLB-D500×500）；烘箱（LC-213 愛斯佩克）；紫外老化實驗箱（QUV）；全自動測色色差儀（DP-3）；掃描電子顯微鏡（SEM）等。

1.3 試驗方法

1.3.1 竹束熱水抽提 將竹束置于容量15 L的電熱蒸煮鍋中進行高溫?zé)崴幚?，處理條件分別為120、140、160℃和時間60 m in，處理溫度為160℃和時間30、60、90 min。每次處理時，竹束與水的質(zhì)量比為1：10，設(shè)備以3℃/min的速率升溫至預(yù)設(shè)溫度，保溫達到預(yù)定時間后進行卸壓，然后取出試件風(fēng)干、干燥至含水率為12%待用。

1.3.2 竹重組材的壓制 將竹束浸于酚醛樹脂膠黏劑中，取出瀝干10 min，使浸膠量達到14%左右；然后將浸膠后的竹束置于50℃的干燥箱中，干燥至含水率為 8%左右；采用手工組坯方式將竹束進行縱向組坯，板坯的尺寸為450 mm×300 mm×12 mm（長×寬×厚），將板坯放置在模具中進行熱壓，熱壓參數(shù)：熱壓溫度為160℃，熱壓時間為12 min，熱壓壓力為5.5MPa。將制備好的竹重組材坯料在自然環(huán)境下放置2 ～ 3 d，再進行鋸裁、砂光。

1.3.3 紫外老化試驗 根據(jù)美國標準ASTM G154 CYCLE6紫外老化試驗標準進行老化試驗，將試樣板材放在紫外光耐氣候老化試驗箱的試樣架上，對板材首先進行光照輻射8 h，光照強度為1.55 W/m2，溫度為60℃，然后到冷凝階段，溫度為50℃，時間為4 h。將試樣按照這個循環(huán)方式加速老化24、36、48、96、192 h后，分別進行各項性能測試。

1.3.4 SEM測試 首先將竹重組材鋸制成5 mm×5 mm的小試塊，用刀刮平表面，放入抽真空噴金設(shè)備的樣品托中，噴金約90 s。然后將試樣放入掃描電鏡樣品托上，抽真空，待壓力達到規(guī)定要求后，開始觀察。

1.3.5 性能測試 采用北京市興光測色儀器公司生產(chǎn)的 DP-3型全自動測色色差儀檢測色差，測量中使用 D65光源，測量探頭的直徑為8 mm，測量可直接得到L*、a*、b*值，然后按公式（1）計算色差：

式中，△L*和△a*、△b*分別代表處理前后L*、a*、b*值的變化值?！鱁*ab值大小代表處理前后顏色變化的大小。

2 結(jié)果與分析

2.1 表面顏色變化

從圖1中可以看出，在前36 h內(nèi)，竹重組材的明度指數(shù)L*值均隨著輻射時間的增加而明顯下降，輻射36 h后數(shù)值變化較小，其中未處理和120℃處理的竹重組材降幅相比于140℃和160℃的顯著，分別是20.9%、21.5% 和14.2%、15.2%。色品指數(shù)a*值總體呈上升趨勢，其增長趨勢與明度指數(shù)L*值下降趨勢基本一致，在36 h內(nèi)，未處理和120℃處理的竹重組材a*值增長幅度較大，而140℃和160℃處理的竹重組材a*值增長幅度較小，變化趨勢平緩。色度指數(shù)b*值，同L*值和a*值一樣，在36 h內(nèi)增速較快，但之后隨著輻照時間的增加基本保持不變。總色差ΔE*ab隨著輻照時間的增加而增大，其中160℃處理的竹重組材的變化值最小，僅為9.1，其次依次為140℃、120℃和未處理試件，這說明隨著熱水處理溫度的升高，竹重組材的表面顏色在紫外光照條件下的變化越小，高溫?zé)崴幚碛兄谥裰亟M材顏色穩(wěn)定性的提高。

圖1 不同溫度熱水處理后竹重組材紫外老化后的顏色變化（t = 60 min）Figure 1 Color difference of ultraviolet aged reconstituted bamboo lumber with different temperature hot water treatment（t=60min）

從圖2中可以看到，明度指數(shù)L*值隨著老化時間的延長而呈現(xiàn)下降的趨勢；色品指數(shù)a*值與色品指數(shù)b*值則相反，但呈現(xiàn)大致相同上升趨勢；總色差ΔE*ab也是隨著時間的延長而增加，但是從圖中可以看到經(jīng)過 30、60 min熱水處理后竹重組材的顏色穩(wěn)定性與經(jīng)過90 min熱水處理后的竹重組材的顏色穩(wěn)定性基本保持在同一水平，由此可以看出時間對竹重組材顏色的影響并不顯著。竹重組材的顏色變化主要由于竹材內(nèi)部含有發(fā)色基團和助色基團，而這些基團主要存在于木質(zhì)素以及少量的黃銅、木酚素等結(jié)構(gòu)中。高溫?zé)崴幚淼倪^程中，竹重組材中的木質(zhì)素含量會隨著熱水處理溫度的上升和時間的增加而降解，竹材內(nèi)部的抽提物質(zhì)也會隨著在熱水處理過程中從木材內(nèi)部移至表面，從而使竹重組材的顏色趨于穩(wěn)定。

圖2 不同時間熱水處理后竹重組材紫外老化后的顏色變化（T = 160℃）Figure 2 Color differentce of ultraviolet aged reconstituted bamboo lumber with different duration of hot water treatment（T = 160℃）

2.2 高溫?zé)崴幚砬昂笾裰亟M材的表面形貌

圖3 掃描電鏡下竹重組材表面形貌Figure 3 SEM images of surface of reconstituted bamboo lumber

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過高溫?zé)崴幚淼闹裰亟M材的表面破損程度較大，表面的組織變得較松散，而未經(jīng)高溫?zé)崴幚淼闹裰亟M材表面相對比較致密。主要是在高溫?zé)崴幚淼倪^程中，竹重組材中的半纖維素和木質(zhì)素會隨著熱水處理溫度的上升和時間的增加而逐漸降解，導(dǎo)致竹材內(nèi)部組織疏松、松散。

3 結(jié)論

（1）毛竹竹重組材顏色穩(wěn)定性隨著高溫?zé)崴幚頊囟鹊纳叨嵘?60℃下ΔE*ab值最小為9.1，而高溫?zé)崴幚頃r間對竹重組材顏色穩(wěn)定性的影響并不顯著。

（2）通過電鏡掃描可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過高溫?zé)崴幚淼闹裰亟M材的表面破壞程度比未經(jīng)高溫?zé)崴幚淼闹裰亟M材的表面破壞程度要高，表面組織也變得更加的松散，而未處理的竹重組材表面要相對致密。

[1] 趙仁杰，喻云水. 竹材人造板工藝學(xué)[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，2002.

[2] 張自斌，周光益，林親眾. 我國叢生竹研究進展與問題探討[J]. 熱帶林業(yè)，2007，35（2）：12－15.

[3] 趙鶴，張建，李琴. 竹材防霉防腐研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 山西建筑，2010，36（29）：137－139.

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Effect of Hot Water Treatment on Color Fastness and Surface of Reconstituted Bamboo Lumber

ZHUANG Ren-ai1，ZHANG Wei-gang1，LI Yan-jun1,2*，WANG Shu-qiang1，WANG Li1，PANG Xiao-ren1
（1. School of Engeering, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Wood Science and Technology, Lin’an 311300, China）

Bamboo bundles were hot water treated at 120, 140, 160℃ with duration of 60 minutes, and at 160℃ with duration of 30, 60 and 90 m inutes, and then treated bundles were pressed to reconstituted bamboo lumber(RBL). Color fastness of RBL was tested by climate chamber, and surface of RBL was observed by SEM. The results showed that the color fastness of RBL increased with temperature, the m inimum color difference under 160℃ was 9.1, and treatment duration had no evident effect on color fastness. SEM demonstrated that surface of treated RBL was damaged compared with no treatment.

bamboo bundles; hot water treatment; reconstituted bamboo lumber; ultraviolet aging; surface morphology

S781.6

：A

1001-3776（2016）02-0054-04

2015-08-09；

：2016-01-18

浙江省自然科學(xué)基金（LZ13C160003，LY16C160009）；浙江省科技廳項目（2013C14006，2015F50051）；浙江省林業(yè)工程一級重中之重學(xué)科開放基金（2014lygcz005）

莊仁愛（1991－），男，碩士研究生，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究；*通訊作者。