高溫熱處理對小白藤材色和視覺心理量的影響

江馥杉，武恒，王傳貴

(安徽農(nóng)業(yè)大學林學與園林學院，合肥230036)

高溫熱處理對小白藤材色和視覺心理量的影響

江馥杉，武恒*，王傳貴

(安徽農(nóng)業(yè)大學林學與園林學院，合肥230036)

以小白藤為研究對象，研究不同高溫熱處理溫度和時間對藤材顏色的影響規(guī)律，采用紅外光譜技術(shù)分析顏色變化的原因，在此基礎(chǔ)之上分析藤材的視覺物理量與視覺心理量之間是否存在相關(guān)性。結(jié)果表明，隨著高溫熱處理溫度的升高和時間的延長，小白藤材的明度指數(shù)和黃藍色品指數(shù)都有一定程度的下降，但紅綠色品指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。3個材色參數(shù)產(chǎn)生變化的主要原因是在熱處理過程中，藤材組分中的羰基等發(fā)色基團有顯著變化。同時，心理調(diào)查結(jié)果顯示視覺物理量參數(shù)對視覺心理量有一定程度的影響，如人們會直觀認為明度值越高的物體越輕巧、明快，明度值越低的物體越硬重、深沉。因此，進行小白藤材高溫熱處理的研究有利于推動藤材在室內(nèi)裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用，從而創(chuàng)新其利用新形式，提升利用附加值。

高溫熱處理；藤材材色；視覺心理量；小白藤

隨著人們生活質(zhì)量的提高，產(chǎn)品顏色已經(jīng)成為影響消費者購買的重要因素。然而當前市場上藤材產(chǎn)品色彩單一，種類缺乏等問題已經(jīng)引起各個加工企業(yè)以及木材領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，高溫熱處理藤材的改性方法可以通過調(diào)整熱處理的溫度、時間來獲得不同深度顏色的材料，以此來達到藤材產(chǎn)品色彩多樣性的目的[1]。20世紀90年代以來，由于人們環(huán)保意識的加強，藥劑等化學方法對環(huán)境造成一定危害等原因，木材高溫熱處理生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)與工業(yè)化應(yīng)用在加拿大、芬蘭、法國、德國等木材工業(yè)較發(fā)達的歐洲國家得到重視[2-4]。目前國內(nèi)的一些學者也對高溫熱處理木材有一定程度的研究，如中國林科院、南京林業(yè)大學等單位學者就已經(jīng)研究了高溫熱處理對水曲柳、松木、杉木等木材的材色影響[5-8]，但有關(guān)藤材顏色變化的研究卻鮮有涉及。因此，進行藤材高溫熱處理的研究將開創(chuàng)我國對小白藤材利用的新途徑，有利于推動藤材應(yīng)用于室內(nèi)裝飾設(shè)計領(lǐng)域的多樣性，從而創(chuàng)新藤材利用的新形式，提升利用的附加值。

本試驗以小白藤材為研究對象，利用感光掃描儀對藤材的顏色值進行測定，分析相同處理工藝下不同的熱處理溫度以及時間對藤材顏色的影響規(guī)律，同時利用紅外光譜儀分析材色變化的原因，以期為藤材視覺環(huán)境學的研究以及后續(xù)的室內(nèi)裝飾工作提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

印度尼西亞小白藤(CalamusbalansaeanusBecc.)，藤條磨皮后氣干至氣干含水率。試材尺寸：155 mm×14(±1)mm(長度×直徑)圓柱體藤條試件；試件數(shù)量：5組(其中1組為空白對照組)，每組30個，共150個。整個熱處理試驗的處理溫度(190，200，210，220℃)和處理時間(1，2，3，4 h)均設(shè)定4個水平，熱處理后將試材置于自然環(huán)境中7 d達到顏色穩(wěn)定后，使用砂紙將被測面磨光并加工至平整狀態(tài)，以備進行材色測定。

1.2 試驗設(shè)備

GSL-1700X-S 1 700℃管式爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司)；壓刨機；愛普生V39感光掃描儀(愛普生(中國)有限公司)；傅里葉變換紅外光譜儀(Bruker Tensor Ⅱ，德國Bruker公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 高溫熱處理試驗

將干燥好的藤材表面刨光，測量其熱處理前的顏色后放入炭化爐內(nèi)，抽空炭化爐內(nèi)的空氣至真空狀態(tài)并輸入氮氣作為保護氣體，以4℃/min的速度升溫至最高處理溫度，處理溫度分別設(shè)置為190，200，210和220℃，達到設(shè)定的最高溫度后進行保溫處理，保溫時間分別為1，2，3和4 h，待自然冷卻至室溫后取出。

1.3.2 材色的定量測量與計算

試材的顏色測定采用愛普生V39感光掃描儀。將對照材和處于不同處理溫度和處理時間的16組處理藤材置于掃描儀上，調(diào)試掃描儀至真彩模式，輸入分辨率300 dpi，設(shè)定測量面積長寬為30 mm×20 mm。輸出圖像后，利用數(shù)字圖像技術(shù)對每張圖像進行多點多次(取3點，每點2次)測量，取平均值作為該溫度下試樣的材色測量值。材色參數(shù)采用L*a*b*表色系(CIE1976)表示，將數(shù)據(jù)輸入計算機并統(tǒng)計不同處理溫度下材色測量值的平均值后，再進行各項色度學的指標計算[9]。其中材色參數(shù)的計算方法如下：

L*=(L1+L2+…+Ln)/n

a*=(a1+a2+…+an)/n

b*=(b1+b2+…+bn)/n

1.3.3 紅外測定方法

將經(jīng)過不同溫度和時間處理的藤材樣品粉碎，按1∶100的比例將樣品與KBr充分混合、壓片，利用傅里葉變換紅外光譜儀進行紅外掃描測定。

1.3.4 視覺心理量的選取與測量

本研究基于語意差異法，按照以下原則來選取視覺心理量詞：1)選取的心理量詞能反映當前熱處理溫度下藤材的視覺感知特點；2)各個量詞能代表一定的心理感覺意義[10]。根據(jù)以上的原則，選取“高檔”“莊重”“溫暖”“明快”“現(xiàn)代”“仿古”“素雅”“深沉”“冰冷”“硬重”10個心理量詞。本次心理試驗受試者分為兩組，分別從安徽農(nóng)業(yè)大學環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)和木材科學與技術(shù)專業(yè)的大二學生中各挑選30名進行測試。本研究采用調(diào)查問卷的形式進行測試，要求被試者在測試的過程中觀察所給的4種試樣顏色，結(jié)合自己的心理感受在相應(yīng)的欄目中對樣本的視覺心理量詞匯進行打分，其中最高分和最低分為+5和-5。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫熱處理對小白藤材色的影響

高溫熱處理對小白藤材色參數(shù)(L*、a*、b*)的影響規(guī)律如圖1所示。從圖1可知，隨著高溫熱處理溫度的升高和時間的延長，藤材的整體明度值呈下降趨勢，顏色逐漸變暗。在相同的處理時間(1 h)內(nèi)，與對照材(L*=76)相比，藤材的明度值降低40.79%～60.53%。其中明度下降的主要原因是隨著熱處理溫度的升高，藤材的半纖維素發(fā)生較劇烈的分解并產(chǎn)生乙酸，纖維素和木質(zhì)素在酸性物質(zhì)的催化下也發(fā)生部分熱解，加之有機物質(zhì)的揮發(fā)等原因，導致藤材的明度值呈顯著下降趨勢[11-13]。熱處理后藤材的紅綠色品指數(shù)a*呈上升趨勢，如圖1所示，與對照材(a*=7.5)相比，在相同的熱處理時間(1 h)內(nèi)，指數(shù)增加6.67%～93.33%，說明熱處理溫度的升高對小白藤材的紅綠色品指數(shù)有顯著影響，但當溫度升高至220℃時，熱處理條件改變對紅綠色品指數(shù)的影響不再明顯。小白藤材的黃藍色品指數(shù)b*一直呈下降趨勢，如圖1所示，與對照藤材(b*=14.5)相比，在相同的熱處理時間(1 h)內(nèi)，處理后藤材的黃藍色品指數(shù)呈先升高后降低的趨勢。其中，不同的熱處理溫度對黃藍色品指數(shù)有一定的影響，當熱處理溫度為210℃和220℃時，隨著熱處理時間的延長，藤材的黃藍色品指數(shù)呈下降的趨勢，但當熱處理溫度為190℃和200℃時，熱處理條件的改變對黃藍色品指數(shù)的影響不明顯。黃藍色品指數(shù)下降的主要原因是黃色在光譜中具有很高的明度，隨著熱處理溫度的升高和時間的延長，藤材的明度顯著下降，所以黃藍色品指數(shù)也隨之降低[14-15]。因此，在L*、a*、b*3個材色參數(shù)中，高溫熱處理對紅綠色品指數(shù)的影響最顯著，對明度指數(shù)的影響次之，對黃藍色品指數(shù)的影響最小。

圖1 高溫熱處理對藤材材色指數(shù)的影響Fig. 1 Effect of heat treatment on rattan color index

2.2 高溫熱處理后小白藤材的紅外光譜

a.對照材；b.190℃；c.200℃；d.210℃；e.220℃圖2 不同熱處理溫度下紅外光譜的變化Fig. 2 Changes of infrared spectra at different heat treatment temperatures

2.3L*a*b*的視覺物理量與視覺心理量的相關(guān)性分析

對環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)和木材科學與技術(shù)專業(yè)學生的心理量測試結(jié)果見表1，由表可知，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的學生對明度高的試樣色彩評價更高一些，而木材科學與技術(shù)專業(yè)的學生則對明度高低的評價偏弱一些，這可能與環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)對色彩有更強烈的感受有關(guān)。對比每組材色所得分值的總和可以發(fā)現(xiàn)無論是環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)還是木材科學與技術(shù)專業(yè)，220℃處理材色的分值均高于其他組，說明在本次試驗的結(jié)果中，大家更喜愛220℃處理工藝下的小白藤材。由表2可知，試樣的視覺物理量與視覺心理量有一定程度的相關(guān)性，其中明度值的大小與溫暖、明快、現(xiàn)代、素雅呈正相關(guān)，與高檔、莊重、仿古、深沉、冰冷、硬重呈負相關(guān)。說明當人們僅能通過視覺觀察來判斷物體時，會直觀認為明度值高的物體越輕巧、明快，明度值越低的物體越硬重、深沉。高明度的藤材大多呈乳白色或淡黃色，具有清新、淡雅、溫暖的情感特征，而利用這種顏色的藤材制作出的家具能營造出現(xiàn)代簡約風格或者清新田園的感覺；低明度值的藤材通常紅綠色品指數(shù)會有所升高，制作出的裝飾品具有高檔、上乘的感覺。紅綠色品指數(shù)與溫暖、高檔、莊重、仿古呈正相關(guān)，與現(xiàn)代、硬重呈負相關(guān)，說明試樣越偏向紅色，人們認為其越莊重、高檔而且溫暖，這與中國人心里認為紅色是豪華、熱情的象征有關(guān)。黃藍色品指數(shù)與高檔、莊重、仿古、深沉、冰冷、硬重呈負相關(guān)，與溫暖、明快、現(xiàn)代呈正相關(guān)，說明試樣的黃藍色品指數(shù)越高，人們越容易產(chǎn)生現(xiàn)代感和明快感。經(jīng)過不同高溫熱處理后的藤材擺脫了以往單調(diào)的傳統(tǒng)形象，將不同顏色的藤材相互編織、穿插使藤產(chǎn)品變得更富有表現(xiàn)力和時尚感。

表1 環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)和木材科學與技術(shù)專業(yè)學生的心理量測試結(jié)果

表2 以環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)和木材科學與技術(shù)專業(yè)學生為例得出視覺物理量與視覺心理量的相關(guān)性

3 結(jié) 論

1)隨著高溫熱處理溫度的升高和時間的延長，小白藤材的明度值和黃藍色品指數(shù)都有一定程度的下降，但紅綠色品指數(shù)卻呈現(xiàn)上升趨勢，在3個材色參數(shù)中，高溫熱處理對紅綠色品指數(shù)的影響最顯著，對明度指數(shù)的影響次之，對黃藍色品指數(shù)的影響最小。

2)從紅外光譜分析圖中可以看出，在熱處理的過程中，羰基等發(fā)色基團的變化會引起材色的變化，發(fā)色基團的增加會導致材色的顏色加深。

3)心理調(diào)查的研究結(jié)果表明，在本次試驗中220℃的處理工藝較佳，同時也說明視覺物理量參數(shù)對視覺心理量有一定程度的影響。因此研究視覺物理量有一定的必要性，對人們居住于不同空間內(nèi)產(chǎn)生不同的心理感受提供科學的依據(jù)。

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Effects of high temperature treatment on the color andvisual psychology of rattan

JIANG Fushan，WU Heng*，WANG Chuangui

(SchoolofForestry&LandscapeArchitecture,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China)

This study aimed at investigating the influence of different heat treatment temperatures and times on the rattan color. The infrared spectroscopy was used to analyze the causes of the color changes. In the high temperature treatment experiments, the surfaces of dry rattan were polished, placed into the carbonization furnace, conducted the heat treatment and then cooled down to room temperature. A correlation between visual physical quantity of rattan and visual psychological magnitude was analyzed. In the psychological tests, the students from the environmental art design specialty and wood science and technology major of Anhui Agriculture University were randomly divided into two groups. By using the questionnaire, the students were asked to observe the four kinds of colors, combined with their own feelings in the corresponding column in the visual psychological quantities of samples, graded the highest and lowest points for +5 and -5. The experimental results showed that with the increasing heat treatment temperature and time, the rattan lightness index and yellow blue color index decreased to some extent, but the red green color index had an increase trend. The main reason for the changes of three color parameters was that the carbonyl chromophore of the rattan components had the same changes during the heat treatment process. Psychological survey results showed that the visual physical parameters had certain effects on visual psychological quantities, for example, people could consider the high visual brightness value objects lighter and crisper, while consider the low lightness value objects harder, deeper and more heavy. The research on high temperature treatment can promote the application of rattan in the interior decoration field, and add values to rattan products.

high temperature treatment; color of rattan; visual psychology;CalamusbalansaeanusBecc.

2016-08-03

2016-11-08

“十二五”國家科技支撐計劃課題(2012BAD23B0104)。

江馥杉，女，研究方向為藤材在室內(nèi)裝飾設(shè)計中的應(yīng)用。通信作者：武恒，男，副教授。E-mail:410318440@qq.com

S781;TS65

A

2096-1359(2017)01-0025-05