3種木材涂飾前后表面視覺性質(zhì)差異的研究

李 權(quán)，林金國，齊文玉，柯麗麗，林加志

3種木材涂飾前后表面視覺性質(zhì)差異的研究

李 權(quán)1,2，林金國2，齊文玉2，柯麗麗2，林加志2

（1. 凱里學(xué)院，貴州 凱里 556011；2. 福建農(nóng)林大學(xué) 材料工程學(xué)院，福建 福州 350002）

測定分析了筒狀非洲楝Entandrophragma cylindricum，古夷蘇木 Guibourtia tessmannii和水曲柳 Fraxinus mandschurica木材醇酸清漆涂飾前后表面視覺性質(zhì)的差異。結(jié)果表明，涂飾處理降低了3種木材表面的明度（L*）和紅綠軸色品指數(shù)（a*）值，其中，古夷蘇木的L*變化差異最大，明度降低明顯；水曲柳的紅綠軸色品指數(shù)差（Δa*）絕對值最大，相比處理前更偏向綠色；3種木材透明涂飾后的黃藍(lán)軸色品指數(shù)（b*）均有所升高，黃藍(lán)軸色品指數(shù)差（Δb*）絕對值由大到小分別為水曲柳＞古夷蘇木＞筒狀非洲楝，數(shù)值越大越趨于黃色；總體色差（ΔE*）變化差異不大，涂飾對3種木材的總體色差影響不明顯。

筒狀非洲楝；古夷蘇木；水曲柳；醇酸清漆；涂飾；木材表面；視覺性質(zhì)

木材構(gòu)造特征、物理性質(zhì)等基本特性與人體生理、心理感覺特性之間關(guān)系密切，人們常用各種木材來裝飾室內(nèi)環(huán)境，營造舒適和溫馨的空間[1]。用透明涂料涂飾木材表面，不僅能保護(hù)木材，還進(jìn)一步賦予木材制品的美學(xué)功能。木材具有的視覺特性可以由木材表面視覺物理量與視覺心理量來描述，它們主要有木材的材色、光澤度、圖案紋理等物理量參數(shù)。國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)對木材涂飾以及視覺物理量的測量和分析進(jìn)行了大量研究[2]。

國外對木材涂飾的研究比較廣泛，Bulian等[3]列舉了很多實(shí)用性強(qiáng)的木材涂料，Bessières等用X射線斷層掃描對不同的木飾面進(jìn)行了評估，通過圖像分析軟件得出了涂料滲透的效果主要取決于其滲透毛細(xì)管的能力[4]。國內(nèi)也有不少研究，劉一星等對透明涂飾處理前后木材表面材色和光澤度的變化進(jìn)行了檢測和分析[5]；侯新毅等系統(tǒng)測試了3種桉樹木材涂飾硝基清漆、醇酸樹脂清漆、聚氨酯清漆前后色度學(xué)參數(shù)的變化，揭示了涂飾過程中材色的變化[6]；梁善慶等對聚氨酯漆、丙烯酸水性漆和大漆涂飾 5種珍貴木材前后漆膜色度學(xué)參數(shù)變化及涂飾性能進(jìn)行了研究[7]。

本研究通過測定筒狀非洲楝Entandrophragma cylindricum，古夷蘇木Guibourtia tessmannii和水曲柳Fraxinus mandschurica木材透明涂飾前后表面視覺特性等參數(shù)值，進(jìn)而研究透明涂飾處理對木材表面視覺物理量的變化的影響，可為木材的科學(xué)加工利用提供重要的依據(jù)[8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗?zāi)静臑橥矤罘侵揲?、古夷蘇木和水曲柳，均購買于福建省福州市上渡林產(chǎn)品市場，樹齡分別約為80 a，90 a，40 a。分別將3種木材1 m長木段鋸解為弦切板。然后，兩端精截，氣干至福州地區(qū)平衡含水率并進(jìn)行雙面刨光，備用。試件規(guī)格為120 mm×45 mm×5 mm（長×寬×厚），長度是順纖維方向，寬度為木材弦向，厚度為木材徑向，每個樹種試件數(shù)為15個。醇酸清漆購自福建東海漆業(yè)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 試樣表面的涂飾 取表面光潔遠(yuǎn)離髓心的一面，先將試件表面清理干凈，手工對試件涂刷醇酸清漆，每個試件清漆均勻涂刷3次，后一次涂刷待前一次涂刷的漆膜表干后（約12 h）再進(jìn)行，每塊試件涂布量約為0.02 g·cm-2。1.2.2 涂飾前后試樣表面顏色的測定 采用佐道健的方法 CIE（1976）L*a*b*均勻色度學(xué)空間表色系統(tǒng)以及TCP2全自動測色色差計對試樣材色進(jìn)行測量，得到明度（L*）、紅綠軸色品指數(shù)（a*）、黃藍(lán)軸色品指數(shù)（b*）[9]。其中L*完全白的物體視為100，完全黑的物體視為0；a*正值越大表示顏色越偏向紅色，負(fù)值越大表示顏色越偏向綠色；b*正值越大表示顏色越偏向黃色，負(fù)值越大表示顏色越偏向藍(lán)色。光源采用D65標(biāo)準(zhǔn)光源，照明和觀測幾何條件為0/d（垂直入射/漫反射）、10°大視野、測量范圍為Φ20 mm。對每種木材的15塊試樣進(jìn)行測量，取平均值作為試樣的測量值。

總體色差公式為：

式中，ΔL* = Lt*–L0*；Δa*= at*–a0*；Δb*= b t*–b0*，其中，L0，a0，b0表示素樣，Lt，at，bt表示處理樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種木材涂飾前后L＊a＊b＊色空間變化

材色是反映木材表面視覺和心理感覺最為重要的特征[10-11]。常用顏色名詞或者顏色名詞的組合來描述木材的材色，材色定量表征是隨著色度學(xué)研究的發(fā)展才得以實(shí)現(xiàn)[12]。從圖1可知，3種木材涂飾前的a*和b*都在0以上，說明3種木材涂飾前的顏色偏紅和偏黃。涂飾前的L*都在40以上，但是古夷蘇木和筒狀非洲楝明度相對水曲柳較低，前2種木材屬于深材色樹種，這與目視觀察的結(jié)果相吻合，也與梁善慶等對5種木材涂飾后其明度和紅綠軸色品指數(shù)降低、黃藍(lán)軸色品指數(shù)增加的結(jié)果一致[7]。

2.2 3種木材涂飾前后表面視覺物理量的差異

從圖1和表1可以看出，3種木材涂飾處理后的L*均下降，說明透明涂飾處理降低了3種木材的表面明度值，這主要是由于醇酸清漆并不是完全透明，涂飾后的木材明度和素材相比，由于涂飾油漆的覆蓋導(dǎo)致其明度降低[13]。ΔL*的絕對值變化在 2.79 ～ 11.3之間，其中古夷蘇木的明度變化率最大，說明涂飾對古夷蘇木明度的影響最大。3種木材涂飾處理后的a*均減小，說明涂飾處理后試樣表面的紅色減弱，相比涂飾前更偏向綠色，Δa*絕對值由大到小分別是水曲柳＞古夷蘇木＞筒狀非洲楝。古夷蘇木和水曲柳木材涂飾處理后的b*有所升高，但其涂飾前后的變化率差異較大，其中筒狀非洲楝涂飾前后b*的變化率γ為-0.25，水曲柳涂飾前后b*的變化率γ為203.78。水曲柳的增加幅度最大為22.66，說明涂飾后試材表面顏色較素材更偏藍(lán)，而筒狀非洲楝變化幅度不太明顯。3種木材涂飾處理后的ΔE*變化分別為16.34，12.11，26.54，差異相對不大，說明木材的表面自由能在一定數(shù)值范圍內(nèi)對3種木材涂飾后的色度學(xué)參數(shù)影響較小[14-15]，醇酸清漆涂飾處理沒有對3種木材的總體色差產(chǎn)生較大影響。

圖1 3種木材涂飾前后L*，a*，b*的變化Figure 1 The change of L*, a*, b* before and after painting in tested wood

表1 3種木材涂飾前后材色差異分析Table 1 The color difference before and after painting in tested wood

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，筒狀非洲楝、古夷蘇木和水曲柳3種木材經(jīng)醇酸清漆涂飾后其L*以及a*均減小，ΔL*由大到小依次為古夷蘇木＞筒狀非洲楝＞水曲柳，Δa*絕對值由大到小依次為水曲柳＞古夷蘇木＞筒狀非洲楝，涂飾處理后試樣表面相比處理前更偏向綠色。涂飾處理后的古夷蘇木和水曲柳的b*有所升高，并以水曲柳的增加幅度最大，顏色偏向黃色，而筒狀非洲楝變化幅度不太明顯，Δb*絕對值由大到小依次為水曲柳＞古夷蘇木＞筒狀非洲楝。3種木材經(jīng)透明涂飾后的ΔE*變化差異不大，涂飾處理對3種木材的總體色差影響不大。

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Differences of Surface Visual Physics Magniture of Three Kinds of Timber Before and After Painting

LI Quan1,2，LIN Jin-guo2，QI Wen-yu2，KE Li-li2，LIN Jia-zhi2
（1. Kaili University of Guizhou, Kaili 556011, China; 2. College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China）

Determinations were conducted on visual physics magnitude of Entandrophragma cylindricum, Guibourtia tessmannii and Fraxinus mandschurica wood before and after painting alkyd varnish. The results show that painting reduced the luminance (L*) and the chrominance (a*) of tested wood specimen, the biggest change L* was specimen of G. tessmannii wood with obvious decrease of luminance. The absolute value (Δa*) of F. mandschurica wood was the largest, greener than that of untreated one. The chrominace (b*) of three kinds of wood specimen increased after painting, and the absolute Δb* was ordered by specimen of F.mandschurica ＞ G. tessmannii ＞ E. cylindricum. Chrominance aberration (ΔE*) of tested wood specimen had little difference before and after painting.

Entandrophragma cylindricum; Guibourtia tessmannii; Fraxinus mandschurica; alkyd varnish; painting; wood surface; visual physics magnitude

S781 文獻(xiàn)表示碼：A

1001-3776（2017）05-0066-03

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.05.011

2017-06-03 ；

2017-08-22

國家自然科學(xué)基金項目（31760191）；福建省財政廳科研基金資助項目“進(jìn)口木材特性與鑒別關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣”（K8115004A）；貴州省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才獎勵計劃（黔教合KY字〔2015〕508）

李權(quán)，副教授，博士，從事木結(jié)構(gòu)建筑以及木材防腐技術(shù)研究；E-mail：liquan-8@163.com。通信作者：林金國，教授，博士生導(dǎo)師，從事木材科學(xué)研究；E-mail：fjlinjg@126.com。