基于光變色的杉木面材材料特性研究

基于光變色的杉木面材材料特性研究

楠木是地板、家具等建筑材料的優(yōu)質(zhì)材料。在光照下,柚木板材不會(huì)干燥變形,板面還會(huì)氧化成閃耀的金黃色,顏色隨時(shí)間的延長(zhǎng)而更加美麗。由于這一特性,柚木及其飾面制品有別于其他木制產(chǎn)品,光變色后產(chǎn)品不會(huì)降低其整體價(jià)值,反而深受消費(fèi)者的青睞。目前,國(guó)內(nèi)一些柚木制品生產(chǎn)企業(yè),利用太陽(yáng)光照射的方法得到相對(duì)良好的光變色效果,這種方法生產(chǎn)效率低、影響因素多。為了克服此缺陷,建議生產(chǎn)企業(yè)利用氙光燈照促使柚木刨光材光變色工藝。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)木材光變色特性進(jìn)行了一定的研究,但類似柚木樹(shù)種光變色的研究卻很少。郭洪武等人以楊木、樟子松單板為試材,利用氙光衰減儀進(jìn)行光輻射試驗(yàn),分析其光變色規(guī)律,王小青等人以人工林杉木為試件進(jìn)行了光變色的FTIR光譜分析。郭洪武等人以及王小青等人論證了楊木、樟子松和人工杉木光變色規(guī)律為明度值L下降,紅綠軸色品指數(shù)a、黃藍(lán)軸色品指數(shù)b均上升。李艷云等人對(duì)活性染料浸染楊木單板進(jìn)行了光變色研究。印度學(xué)者Pandey通過(guò)FTIR和分子熒光光譜技術(shù)對(duì)橡膠木和喜馬拉雅長(zhǎng)葉松光變色前后表面化學(xué)成分變化進(jìn)行了詳盡而系統(tǒng)的分析;GhalebSalaita等人通過(guò)X射線掃描電鏡對(duì)南方松光變色過(guò)程中表面化學(xué)成分進(jìn)行了分析。筆者通過(guò)氙光燈照射柚木刨切材表面,分析柚木表面光照時(shí)間與明度、紅綠軸色品指數(shù)以及黃藍(lán)軸色品指數(shù)的變化規(guī)律。1材料和方法1.1材料和機(jī)器1.1.1dis試樣試材材種選用柚木(Tectonagrandis)板材試樣。材種自然干燥至含水率18%,鋸切刨光成尺寸為110mm×20mm×2mm(縱向×徑向×橫向),取20片試件。1.1.2設(shè)備和設(shè)備X25F氙光衰減儀(日本),日本美能達(dá)CM2600D分光儀。1.2測(cè)試方法1.2.1試材的測(cè)量孔徑首先,用CM2500/2600分光光度計(jì)對(duì)氙光暴曬前的試件進(jìn)行測(cè)色,選用分光光度計(jì)中的Lab模式,選擇8mm的測(cè)量孔徑,在每種試材上分別取四個(gè)點(diǎn)進(jìn)行三色值和色差的測(cè)量和計(jì)算,如圖1所示,最后取平均值作為該試材的最終L*、a*、b*和△E*值。將輻射光源輻照度設(shè)定為42W/m2(波長(zhǎng)在300nm～400nm),相對(duì)濕度設(shè)為58%,黑板溫度(BPT)設(shè)為65℃,然后將放置好的試樣放入氙光衰減儀中進(jìn)行暴曬。1.2.2供熱檢測(cè)試驗(yàn)取下試樣,檢測(cè)試樣的光照效果,使用分光光度計(jì)測(cè)量試樣的L*、a*、b*和△E*值。然后將試樣重新準(zhǔn)確的放在原先位置,繼續(xù)暴曬,再測(cè)量試樣的L*、a*、b*和△E*值。暴曬的第1個(gè)小時(shí)內(nèi),每隔10min檢測(cè)1次,;第2個(gè)小時(shí)內(nèi),每隔20min檢測(cè)1次,之后每隔1小時(shí)檢測(cè)一次;暴曬的第6～12小時(shí)內(nèi),每2個(gè)小時(shí)檢測(cè)一次;最后,在暴曬的第24、32小時(shí)檢測(cè)一次。整個(gè)暴曬持續(xù)時(shí)間32h。2結(jié)果與討論2.1完全黑的關(guān)鍵時(shí)間明度(L*),完全白的物體視為100,完全黑的物體視為0。變化初期不穩(wěn)定,0～60min,明度曲線呈下降趨勢(shì);60～1920min,明度曲線呈上升趨勢(shì),如圖2。2.2顏色越大,負(fù)面反應(yīng)時(shí)間紅綠軸色品指數(shù)a*(米制紅綠軸色品指數(shù)),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。0～600min,紅綠軸色品指數(shù)a*趨于下降,600～1920min,紅綠軸色品指數(shù)a*變化趨于平緩,如圖3。2.3黃藍(lán)軸色品指數(shù)b#黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*(米制黃藍(lán)軸色品指數(shù)),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。0～300min,黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*降幅處于不穩(wěn)定狀態(tài),整體呈下降趨勢(shì);300～1920min,黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*變化趨勢(shì)呈穩(wěn)定上升,如圖4。2.4木材光催化作用分析色差(35)E,又稱總色差,數(shù)值越大表示被測(cè)物和對(duì)照樣色差別越大。計(jì)算色差的公式為:0～500min,色差△E*處于不穩(wěn)定變化階段,500～1920min,色差ΔE*處于上升趨勢(shì),500min色差值最小,如圖5。在太陽(yáng)輻射下,柚木刨光材表面光降解的程度受解剖構(gòu)造(早、晚材)、抽提物等木材性質(zhì)的影響,另外也受輻射光波長(zhǎng)、溫度、濕度等環(huán)境因素影響。本次試驗(yàn)僅對(duì)輻射光波長(zhǎng)、溫度、濕度等環(huán)境因素進(jìn)行了設(shè)定,木材構(gòu)造方面并未考慮。柚木刨光材表面顏色變化表明,光照過(guò)程中木材某些化學(xué)成分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。木材主要化學(xué)成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。其中纖維素約占50%,系由大量的葡萄糖基所構(gòu)成的直鏈大分子化合物,是組成木材細(xì)胞壁的骨架物質(zhì)。半纖維素是非均一的多聚糖,分子量較纖維素要小;木質(zhì)素是具有芳香族特性的高聚物,其基本組成單元為苯基丙烷。半纖維素和木質(zhì)素在木材細(xì)胞壁中起粘結(jié)和填充作用。木質(zhì)素的光穩(wěn)定性最差,其分子中具有羰基、酚羥基、甲氧基等官能團(tuán),這些官能團(tuán)與苯環(huán)形成π—π和p—π共軛體系,導(dǎo)致對(duì)紫外光產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收,光所提供的能量足以使各種烷-氧鍵斷裂,產(chǎn)生自由基,尤其是容易形成苯氧自由基。自由基不穩(wěn)定,與大氣中的氧氣發(fā)生發(fā)應(yīng),形成羰基、羧基等發(fā)色基團(tuán),導(dǎo)致木材表面發(fā)生光化降解和變色。如木質(zhì)素的鄰甲氧基苯氧(Guaiacoxy)自由基在氧氣作用下,脫去甲氧基,形成鄰醌(o-quinones)這一典型有色化合物。另外,大量實(shí)驗(yàn)研究都表明木質(zhì)素是發(fā)生木材光變色的主要成分,因此通過(guò)光譜儀分析木質(zhì)素的光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物就可得出木材發(fā)生光降解后的最終產(chǎn)物。而柚木具有相對(duì)較多的抽提物,雖然所占的比列很小,但抽提物一般可吸收全部的可見(jiàn)光區(qū)域的光波,在木材的光變色中起著至關(guān)重要的作用。3明度、變色及總色體結(jié)構(gòu)變化1)本試驗(yàn),以柚木樹(shù)種為試件進(jìn)行光變色研究,對(duì)于柚木變色的理論研究進(jìn)行了探索。2)在0～600min內(nèi),柚木在氙光照射下的明度L*、紅綠軸色品指數(shù)a*、黃藍(lán)軸色品指數(shù)b*變化處于不穩(wěn)定狀態(tài)。600～1920min內(nèi),明度L*變化呈上升趨勢(shì)