加熱發色

變色一直被認為是木材加工過程中的一種缺陷。但通過調控木材幹燥過程的溫、濕度等條件誘發木材發色體系結構的改變，可使木材顏色變深並趨於珍貴木材的顏色。

利用木材易於受熱、濕等外界因素影響而發生顏色改變的特徵把木材的變色引入到木材顏色的最佳化處理過程,通過調控木材幹燥過程的溫、濕度,時間等條件誘發木材發色體系結構的改變,可使木村顏色呈現不同程度的變深並趨於珍貴木材的顏色,對木材的科學加工與高值化利用具有重要意義

基本介紹

• 中文名：加熱發色
• 含義：木材誘發變色
• 控制：溫、濕度,時間等條件
• 意義：改變木材顏色
• 領域：工程技術

簡介

隨著人們生活水平與生活質量的不斷提高，對豐富多彩的家具、木地板、工藝品等高檔木材產品的需求越來越大，促使人們對木材顏色的調控越來越關注。木材的材色不僅是木材表面視覺物理量的一個重要特徵，還是木材產品加工增值的重要影響因子。木材顏色對消費者具有導向作用。木材紅綠色品指數越高，越使人感到溫暖、豪華、舒適，相反則體現出素雅、刺激和現代感。可見，木材顏色與木製品造型的合理搭配可提升商品價值。

隨著森林資源結構和數量的變化，天然林大徑級優質家具用材供應日益減少，取而代之的是大量人工林木材，人工林木材的材色處於淡黃色至黃色之問，不具備製作優質、豪華家具的條件，但通過在內部強度和外觀的色彩兩方面對木材進行功能性改良可以滿足人們對色彩多樣性的需求從而提高其價值，進而實現人工林的高效高值利用。

木材變色種類主要有生物變色、光變色和化學變色，這幾種變色在加深木材材色的同時降低了木材的材質等級，且顏色不均勻。目前國內外木材變色研究可以分為2個方面，一方面是防變色，以保證木材色澤、力學等方面的優良性能；另一方面是促進木材變色，以改善木材顏色，豐富和提高木製品視覺效果。對於後者，目前國內主要採用木材染色的方法。國內外在木材顏色方面的研究已經獲得一定的成績，主要體現在染色方面，在誘發技術方面尚未有所研究。木材染色在19世紀開始普及，然而，在最近20年，隨著生活質量的提高，國外各種報導對使用化學藥劑處理材的安全性提出質疑。國際上對環境保護和部分染料可致癌的關注，不斷提出了禁用染料的品種。目前，美國和歐盟都在制定一些規定，在規定場合限制化學藥劑處理木材的使用，尤其是操場、甲板、野篌桌、籬笆、天井家具、名勝風景及兒童容易接觸到的場合。在各種處理技術中，非化學藥劑處理的木材製品正在獲得越來越廣闊的市場空間，其中木材的超高溫熱處理技術也占據了重要的位置。20世紀50年代以前主要使用染料，而在此以後，顏色和化學著色開始得到重視和套用。

木材顏色經過一定的處理條件發生變化，可以使木材的顏色更加均勻，能更好地滿足人們對木材顏色的要求，如，木質素中的發色基團的變化而引起的木材顏色變化和木材中的抽提物變化引起的木材變色。這些變色被歸為誘發變色的範疇。

木材誘發變色目前尚是一項年輕的技術。縱觀國內外研究成果，主要採用加熱、紫外光輻射方法對木材進行誘發變色。誘發變色與染色的區別在於誘發變色不需要添加助劑就可以改變木材中發色團和助色團的結構、數量以達到改變顏色的目的。加熱的方法將乾燥過程與變色過程相結合。縮短加工周期，增加效率；紫外光的量子能很強，可以破壞分子中的化學鍵而改變木材中官能團的結構，使木材顏色改變。在處理過程中減少了染色技術中產生的大量廢水廢液，達到了環保的目的。木材誘發變色也是木材工業中進行深加工的一個重要發展方向，是目前值得關注和研究的一個方向，有待進一步的研究。

熱誘發變色的目的和意義

木材熱誘發變色過程是一個十分複雜的物理化學過程。引起顏色變化的主要原因是木材的發色體系結構的改變。纖維素和半纖維素大分子為飽和結構，激發能高，並不吸收可見光，引起木材熱變色的主要原因是木素結構變化和抽提物結構變化。木材發色體系是木素及抽提物等成分中發色基團和助色基團以多種形式結合在可見光譜區域具有吸收的複雜的化學結構體系。發色體系不同，形成了木材顏色的差異。不同樹種木素結構不同、抽提物成分各異，在熱誘發變色過程中可形成不同的發色體系。依據熱誘發變色過程中木素和抽提物成分結構變化的機理以及木材發色體系形成特點來調控熱誘發變色過程，可使普通木材獲得高價值樹種木材所特有的深色調，可為次生林以及人工林的高值化套用提供新的途徑。利用木材易於受熱、濕等外界因素影響而發生顏色改變的特徵，將木材變色引入木材顏色調整是一種木材顏色最佳化研究的新領域，對木材的科學加工與高效利用具有重要的意義。

木材熱處理是高效利用木材的有效物理手段，它可以提高木材的尺寸穩定性，改善木材的耐腐性、耐候性等性能；同時，木材熱處理不添加任何化學成分，安全環保：通過調整熱處理溫度和熱處理時間，能獲得不同顏色的熱處理木材，顏色美觀、耐久，內外一致。熱處理木材表面呈現淺棕色至深褐色，顏色均勻柔和，色差較天然木材小，保持時問長，且表面光滑。甚至可以模仿珍貴木材，從而實現產品品種的多樣化，提高其附加值。木材熱處理將極大地促進人工林木材的使用範圍，目前一些大型的牆壁骨架、門窗及船舶家具、木柵欄、房屋建築中都在大量地套用。熱處理木材因其外觀優美、質地良好而成為製造地板的絕佳材料。木材熱處理技術為我國人工林木材的劣材優用提供了更大的潛在市場機會。我國建築業作為支柱產業之一，必然需要大量的建築用裝飾材料以及家具製作材料，所以開發熱處理木材在我國擁有的市場潛力很大。因此，不論是從對外貿易，還是從對人們身體健康及環境保護，都應大力發展無化學藥劑處理的木材製品，相信在不久的將來，這一符合環境與發展資源理念的新型材料，在國家的經濟建設中將發揮重要作用。可部分替代珍貴闊葉樹材，用於製造室內外家具。

熱誘發變色的化學機理

在較高的乾燥溫度下，木材顏色會發生變化。高建民等對三角楓誘發變色的研究結果表明：木材組分中的抽提物是木材產生熱誘發變色的主要內在因素。高溫、高濕條件下，木材組分中的水溶性抽提物(如多酚類物質和單寧等)發生反應(主要是氧化反應)，使木材變色。此外，高建民、趙敏等人研究表明：作為木材三大組分之一的木素也是引起木材熱誘發變色的重要內在因素。刺槐木質素受熱後紫外光譜圖中具有K帶、B帶和R帶吸收，並且受熱後曲線總體上移，吸光係數增加；在模擬乾燥條件下，木素C5位有縮合反應發生而使木素共軛體系延長，木素受熱後α-O-4結構發生斷裂使酚羥基增加，共軛芳酮結構(α-羰基)吸收增強，這些因素導致木質素顏色變深，進而導致刺槐木材顏色變深。

在研究楓樺熱誘發變色機理時發現，熱誘發變色後楓樺木材顏色的加深是由於木材中抽提物組分或木素髮生氧化反應，形成新的羰基、羧基、酯基和酮基等發色基團，這些基團的共軛連線在可見光區產生強而寬的吸收帶，導致熱誘發變色過程中楓樺顏色的加深。通過研究抽提物在木材熱誘發變色過程中的影響，發現二氧六環可以作為研究刺槐熱變色機理的理想溶劑，在其抽提物中含有大量的黃酮類、可水解鞣質和香豆素等成分，這些成分在受熱後結構發生改變是導致木材受熱後變色的重要原因。120℃下加熱處理時，刺槐木素β-芳基醚鍵斷裂，形成木素縮合產物，木素的酚型β-芳基醚鍵發生均裂，木素分子中形成自由基結構，並進一步形成縮合產物，以及和多糖形成交織共聚物。