金屬離子誘導(dǎo)實(shí)木復(fù)合地板柞木表板變色工藝

洪 興，王卿平，劉明利，李春風(fēng)，張馨丹，劉 宇

(北華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132013)

采用歐洲柞木作為實(shí)木復(fù)合地板表板材料在制造和使用過程中會發(fā)生不規(guī)則的顏色變化，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量降低.依據(jù)木材發(fā)色體系的形成特點(diǎn)，控制木材熱誘導(dǎo)變色可使普通木材獲得高價值樹種所特有的顏色.多酚類物質(zhì)以及木材組分內(nèi)所含的發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)導(dǎo)致木材變色[1].比如，單寧是多元酚類混合物，在潮濕條件下與鐵接觸會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成單寧酸鐵，呈現(xiàn)黑色[2]，使木材顏色變黑.鐵含量以及與鐵接觸時間不同，木材呈現(xiàn)由淺灰至藍(lán)黑等不同顏色.木材誘發(fā)變色綜合考慮了木材變色過程與木材調(diào)色過程[3].國外關(guān)于木材熱誘導(dǎo)變色的研究起步較早，如對美國鐵杉木材高溫干燥變色問題的研究結(jié)果表明，鐵杉木的亮度和色差與加熱溫度和受熱時間關(guān)系很大[4-5].國內(nèi)陳慧敏等[6]用FeCl2處理麻櫟，研究了木材化學(xué)變色問題；李慧等[7]通過誘導(dǎo)木材抽提物研究木材變色.利用金屬離子誘導(dǎo)速生材變色，顏色、紋理都可以控制，隨著珍貴木材越來越稀缺，金屬離子誘導(dǎo)木材變色具有很好的發(fā)展前景.本次研究采用Cu2+對實(shí)木復(fù)合地板柞木表板進(jìn)行誘導(dǎo)變色，探討色澤變化規(guī)律；通過單因素試驗，研究不同干燥溫度和誘導(dǎo)劑用量對柞木表板顏色的影響.本項研究成果對提高木材商用價值，指導(dǎo)利用金屬離子誘導(dǎo)木材變色生產(chǎn)具有重要意義.

1 試驗材料與方法

1.1 材料與儀器

柞木板材規(guī)格為40 mm×100 mm×3 mm，密度0.71 g/cm3，含水率9%；銅離子(Cu2+)為誘導(dǎo)劑.主要試驗儀器有CR-410型色差測定儀(色差度精度為0.01)、MG-268Plus光澤度測定儀.

1.2 試驗方法

將柞木表板編號，按順序涂刷金屬離子誘導(dǎo)劑.將涂刷好的板材放在干燥箱內(nèi)干燥，干燥溫度分別為40、45、50、55、60、65 ℃.用色差測定儀、光澤度測定儀測定干燥后板材的相關(guān)數(shù)據(jù)，評定色度空間參數(shù)和光澤度參數(shù).

采用國際照明委員會CIE(1976)L*a*b*標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)表征顏色變化，其中：L*為明度色品指數(shù)，完全白視為100，完全黑視為0；a*為紅綠軸色品指數(shù)；b*為黃藍(lán)軸色品指數(shù).用一組L*、a*、b*數(shù)據(jù)將一種顏色用數(shù)字表示出來.a、b值為色坐標(biāo)值，其中，a為紅綠方向顏色變化，+a為向紅色方向變化，-a為向綠色方向變化；b為黃藍(lán)方向變化，+b為向黃色方向變化，-b為向藍(lán)色方向變化.圖1為數(shù)值對應(yīng)的顏色區(qū)間.

顏色總色差：

ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb2)]1/2，

其中：ΔE為色空間中兩個顏色的歐幾里得距離，ΔE越大表示與對照物顏色差值越大；ΔL、Δa、Δb分別為明度色品指數(shù)差、紅綠軸色品指數(shù)差、黃藍(lán)軸色品指數(shù)差.

2 試驗結(jié)果及分析

在等精度條件下，多次測量取3次測量值的算術(shù)平均值.

2.1 誘導(dǎo)劑用量對明度的影響

不同誘導(dǎo)劑用量下的明度變化見圖2.由圖2可見：當(dāng)誘導(dǎo)劑用量固定，干燥溫度在55～65 ℃時L*大幅提升，說明隨著溫度的升高L*逐漸增大，但在40～50 ℃時L*變化很小；干燥溫度一定，誘導(dǎo)劑用量在0.010 0～0.020 0 g/cm2時L*變化比較明顯，說明在板材規(guī)格為定值時，隨著誘導(dǎo)劑用量的增加L*隨之升高，但在0.020 0～0.025 0 g/cm2時L*變化很小，幾乎沒有明顯變化，說明在板材規(guī)格為定值.誘導(dǎo)劑用量大于0.020 0 g/cm2后L*趨近某一定值.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計算可得L*試驗偏差區(qū)間為0.01～0.80.設(shè)置信度為95%，經(jīng)檢驗可知，明度色品指數(shù)差均落在置信區(qū)間內(nèi)，數(shù)據(jù)偏差影響極小，置信度很高，試驗數(shù)據(jù)合理.

2.2 誘導(dǎo)劑用量對紅綠軸色品指數(shù)的影響

不同誘導(dǎo)劑用量下紅綠軸色品指數(shù)變化趨勢見圖3.由圖3可見：當(dāng)誘導(dǎo)劑用量固定，干燥溫度在55～65 ℃時，a*逐漸升高且均為負(fù)值，說明在此干燥溫度下板材顏色偏綠色.干燥溫度在40～50 ℃時a*也逐漸升高但均為正值，說明在此干燥溫度下板材均偏紅色；當(dāng)干燥溫度一定，誘導(dǎo)劑用量在0.010 0～0.015 0 g/cm2時a*逐漸增高，說明在板材規(guī)格為定值時，隨著誘導(dǎo)劑用量的增加a*也隨之升高，但在0.017 5～0.025 0 g/cm2時a*變化很小，說明在板材規(guī)格為定值，誘導(dǎo)劑用量大于0.017 5 g/cm2后a*已趨近某一定值[8].根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計算可得紅綠軸色品指數(shù)試驗偏差區(qū)間為0.01～0.08.設(shè)置信度為95%，經(jīng)檢驗可知，紅綠軸色品指數(shù)差數(shù)據(jù)均落在置信區(qū)間內(nèi)，數(shù)據(jù)偏差影響極小，置信度很高，試驗數(shù)據(jù)合理.

圖2不同誘導(dǎo)劑用量下明度色品指數(shù)變化趨勢Fig.2Variation trend of lightness chromaticity index under different dosages of inducer圖3不同誘導(dǎo)劑用量下紅綠軸色品指數(shù)變化趨勢Fig.3Variation trend of chromaticity index of red and green axis under different inducer dosages

2.3 誘導(dǎo)劑用量對黃藍(lán)軸色品指數(shù)的影響

不同誘導(dǎo)劑用量下黃藍(lán)軸色品指數(shù)變化趨勢見圖4.由圖4可見：當(dāng)誘導(dǎo)劑用量固定時，隨著干燥溫度的升高b*逐漸增大，當(dāng)干燥溫度在55～65 ℃時b*增加，但在40～50 ℃變化很?。划?dāng)干燥溫度一定，誘導(dǎo)劑用量在0.0100～0.015 0 g/cm2時b*逐漸增高，說明在板材規(guī)格為定值時，隨著誘導(dǎo)劑用量的增加b*也隨之升高，在0.015 0～0.017 5 g/cm2時b*均下降，當(dāng)誘導(dǎo)劑用量大于0.017 5 g/cm2、干燥溫度在40～60 ℃時b*趨于平穩(wěn)，65 ℃時誘導(dǎo)劑對b*影響不大.在誘導(dǎo)劑用量大于0.020 0 g/cm2后b*變化量很小，說明在板材規(guī)格為定值時，誘導(dǎo)劑用量大于0.020 0 g/cm2后b*已趨近某一定值[9].根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計算獲得黃藍(lán)軸色品指數(shù)試驗偏差區(qū)間為0.01～1.10.設(shè)置信度為95%，經(jīng)檢驗可知，黃藍(lán)軸色品指數(shù)差數(shù)據(jù)均落在置信區(qū)間內(nèi)，數(shù)據(jù)偏差影響極小，置信度很高，試驗數(shù)據(jù)合理.

2.4 不同溫度、不同誘導(dǎo)劑用量對總色差的影響

總色差變化趨勢見圖5.由圖5可見：干燥溫度越高總色差越小，越低總色差越大.誘導(dǎo)劑用量變化會改變總色差.誘導(dǎo)劑用量在0.012 5～0.020 0 g/cm2時總色差變化最為明顯，但是不如干燥溫度影響明顯.因此，在生產(chǎn)中，可以通過控制干燥溫度和誘導(dǎo)劑用量控制總色差變化.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式獲得總色差試驗偏差區(qū)間為0.01～1.50.設(shè)置信度為95%，經(jīng)檢驗可知，總色差數(shù)據(jù)均落在置信區(qū)間內(nèi)，數(shù)據(jù)偏差影響極小，置信度很高，試驗數(shù)據(jù)合理.

圖4不同誘導(dǎo)劑用量下黃藍(lán)軸色品指數(shù)變化趨勢Fig.4Variation trend of chromaticity index of yellow and blue axis under different inducer dosages圖5總色差變化趨勢Fig.5Change trend of total color difference

2.5 不同溫度、不同誘導(dǎo)劑用量柞木表板誘導(dǎo)效果

不同溫度不同誘導(dǎo)劑用量下誘導(dǎo)柞木表板效果見圖6.由圖6可見：干燥溫度為40、45、50 ℃時試件顏色比55、60、65 ℃試件顏色深，后3組試件顏色趨近于綠色.分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種誘導(dǎo)效果可能是由于木材中的單寧與銅離子反應(yīng)出現(xiàn)淺紅色，又與其他反應(yīng)中的綠色沉淀物混合，最終淺紅色反應(yīng)趨于飽和，綠色沉淀增多.另外也可見，干燥溫度越高總色差越小，材色越淺[10]；隨著誘導(dǎo)劑用量增加顏色逐漸變紅.

3 結(jié) 論

以誘導(dǎo)劑用量和干燥溫度為變量進(jìn)行單因素試驗，研究不同溫度和金屬離子誘導(dǎo)劑用量對實(shí)木復(fù)合地板柞木表板顏色的影響.結(jié)果顯示：誘導(dǎo)劑用量不變，在干燥溫度為55～65 ℃時，隨著干燥溫度的升高，明度色品指數(shù)、紅綠軸色品指數(shù)、黃藍(lán)軸色品指數(shù)、光澤度均逐漸增大；干燥溫度不變，誘導(dǎo)劑用量在0.010 0～0.015 0 g/cm2時，隨著誘導(dǎo)劑用量的增大，總色差、明度色品指數(shù)、紅綠軸色品指數(shù)、黃藍(lán)軸色品指數(shù)、光澤度均逐漸增大.若預(yù)期獲得偏紅色板材，可以選擇較少的誘導(dǎo)劑用量和較低的干燥溫度；預(yù)期獲得暗綠色板材可以選擇較大的誘導(dǎo)劑用量和較高的干燥溫度.通過改變干燥溫度、誘導(dǎo)劑用量可以控制木材材色，提升木材商業(yè)價值.但本次試驗對象單一，未來將進(jìn)一步開展針對不同樹種的金屬誘導(dǎo)變色研究.