專利名稱：：一種誘發(fā)楓樺木材變色的方法及楓樺變色木的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種木材的著色處理及著色木材，特別涉及一種楓樺木材的變色處理及楓樺變色木材。
背景技術(shù)：
：木材除含纖維素、半纖維素、木素等主要成分外，還含有少量酶、酚類抽出物及無機(jī)鹽類等，其含有的有機(jī)物成分容易被微生物分解、與化學(xué)藥物產(chǎn)生反應(yīng)、在光和熱的作用下發(fā)生物理化學(xué)性質(zhì)的變化發(fā)生變色。目前，隨著國(guó)內(nèi)外木材資源的日益減少，充分利用有限的木材資源成為當(dāng)今研究的重點(diǎn)，變色是木材在其干燥，儲(chǔ)存、運(yùn)輸和其他加工處理過程中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。尤其是在木材的干燥處理過程中，在改善木材利用性能的同時(shí)又誘發(fā)了木材變色。木材變色在一定程度上阻礙了木材的深加工和高效利用。木材的顏色在木素中的官能團(tuán)的變化以及受外界環(huán)境的影響會(huì)發(fā)生變色，通常認(rèn)為變色是木材腐朽的前期表現(xiàn)，也是木材保存和加工過程的缺陷之一。多年以來，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者把研究的目標(biāo)集中在木材的變色機(jī)理和木材變色的防護(hù)上。實(shí)際上，木材的變色并不完全是木材腐朽的前期表現(xiàn)，如木素中發(fā)色基團(tuán)增減使木材顏色的變化、木材浸提物中的變色原物質(zhì)的浸出引起木材的變色等。例如公開號(hào)為CN1250711A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種木材加工處理工藝，對(duì)木材著色，防腐普遍利用表面處理技術(shù)，該技術(shù)采用在防腐槽內(nèi)加入清水，再注入定量工業(yè)用鹽、火堿和純堿混合物，以及直接染料配制成水溶液，并將欲著色的木料投入溶液內(nèi)，在常溫下，浸泡24小時(shí)，取出干燥。該木材加工處理工藝是防止木材變色，該方法使用了化學(xué)試劑，耐久性和均勻性差，對(duì)環(huán)境和木材污染嚴(yán)重，力學(xué)性能降低等。木材的變色是一個(gè)較為復(fù)雜的物理化學(xué)過程，引起木材變色的因素很多，樹種、立地條件、加工條件、以及使用條件等不同，引起木材變色的因素也不相同，主要體現(xiàn)在木材中發(fā)色基團(tuán)的增減和改變上。它首先發(fā)生在表面，然后逐漸向內(nèi)部擴(kuò)散。根據(jù)導(dǎo)致木材表面材色的變化的因子，可分為光變色、化學(xué)變色、微生物變色、熱變色以及酶變色。木材的顏色是木材表面性質(zhì)和品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，也是木材應(yīng)用價(jià)值評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，它不僅與人們的視覺和心理感覺緊密相關(guān)，而且能夠反映木材的品質(zhì)和樹種等性質(zhì)。由于木材顏色受溫度、濕度影響較大，對(duì)于一些干燥過程中易變色的樹種，如果其變色后的顏色符合人們的興趣愛好，就可以在木材干燥或其他加工處理過程中進(jìn)行誘發(fā)變色，在不使用染料和不使木材腐蝕的前提下，使木材的顏色變化均勻而美觀，而且某些物理和化學(xué)變色并不影響木材的物理、力學(xué)性能和使用性能，如東北的楓樺在高溫干燥條件下其顏色與櫻桃木的顏色比較接近。木材的誘發(fā)變色是利用木材天然的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，使其在一定條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化而使木材顏色產(chǎn)生變化，從而獲得均勻和美觀的變色木材。木材的誘發(fā)變色可以看作是在不使用任何染料或/和防腐劑的條件下，木材的染色過程，使木材的顏色發(fā)生變化，誘發(fā)變色過程中通過物理或化學(xué)的方法，誘發(fā)木材中的化學(xué)物質(zhì)(主要指木材中的抽出物)和改變與調(diào)整木素中的發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)，使木材產(chǎn)生變色，并使木材的品質(zhì)和外觀優(yōu)化的過程。這樣的變色不但使木材的顏色更美觀，而且不影響木材的使用，提高木材利用價(jià)值。現(xiàn)在對(duì)木材變色的研究大都集中于泡桐、馬尾松、鐵杉、椴木、云杉和橡膠木等少數(shù)材種，而且僅針對(duì)防變色的方法，到目前為止，還沒有針對(duì)楓樺(BetulacostataTrautv)誘發(fā)變色的研究報(bào)道。楓樺(BetulacostataTrautv)又稱千層樺、黃樺、碩樺，為闊葉落葉大喬木，樹高達(dá)30余米，胸徑可達(dá)90cm，木材蓄積量較多，生長(zhǎng)較快，是次生林的先鋒樹種。楓樺木材的芯材、邊材的顏色區(qū)別明顯，外皮表面為黃白色，具有金屬光澤，呈現(xiàn)銀光。多層反巻菠蘿，裂片紙質(zhì)、薄而脆，極不規(guī)整，常構(gòu)成多層重疊的硬塊。芯材為黃褐色，具有光澤，無特殊氣味和滋味，木材結(jié)構(gòu)紋理直，結(jié)構(gòu)均勻，重量、硬度屬中等。但該木材不耐腐，干燥過程中容易變色，變成不均勻的粉紅色，使產(chǎn)品降等嚴(yán)重，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，所以利用受到限制，尚未找到有效的利用途徑。楓樺是我國(guó)東北地區(qū)重要的、高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的硬闊葉樹種，是闊葉樹材中蓄積量較多的一種。楓樺分布廣、面積大、產(chǎn)量高，集中分布在中國(guó)東北小興安嶺、長(zhǎng)白山林區(qū)，河北、河南、陜西、寧夏、青海、四川、云南、西藏以及俄羅斯沿海地區(qū)。楓樺木材容易加工，適于旋切。普遍用于膠合板、家具、地板及室內(nèi)裝修用材。在楓樺木材的干燥過程中通過調(diào)節(jié)溫度和濕度，使楓樺木材得到更理想的顏色，使剌槐的顏色向紅色和深色方向變化，獲得均勻的深紅棕色、紅色變色楓樺木材，讓人感到穩(wěn)重、舒適；而且制備的楓樺變色木的顏色均勻，提高了楓樺木材的利用率和增加了楓樺木材的使用價(jià)值。目前，國(guó)內(nèi)外尚無有關(guān)楓樺木材誘發(fā)變色方面研究報(bào)導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提供一種誘發(fā)楓樺木材變色的方法和由該方法誘發(fā)的楓樺變色木，本發(fā)明方法操作容易、處理方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，制備的楓樺變色木顏色均勻，木材顏色趨向于珍貴木材的顏色，使楓樺木材獲得更高的使用價(jià)值。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供一種誘發(fā)楓樺木材變色的方法，包括對(duì)楓樺木材依次進(jìn)行汽蒸處理和真空干燥處理。其中，所述的汽蒸處理過程中的相對(duì)壓力為0-0.75MPa，優(yōu)選為0_0.4MPa，最優(yōu)相對(duì)壓力為0MPa。其中，所述的汽蒸處理的處理時(shí)間為4-10小時(shí)，優(yōu)選為4-8小時(shí)。特別是，楓樺木材選擇為楓樺的心材。其中，所述的真空干燥處理的相對(duì)真空度為-0.05-0.lMPa，優(yōu)選為-0.07-0.095MPa。其中，所述的真空干燥處理的干燥溫度《5(TC，優(yōu)選為10-3(TC，最優(yōu)溫度為20-30°C。特別是，干燥后的楓樺木材的含水率為3_10%，優(yōu)選為3-5%。本發(fā)明又一方面提供一種按照上述方法制備而成的楓樺變色木。本發(fā)明的變色處理方法具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明誘發(fā)楓樺木材變色方法操作容易、簡(jiǎn)單易行，應(yīng)用方便，變色木的生產(chǎn)成本低廉。2、本發(fā)明誘發(fā)楓樺變色的方法，通過誘發(fā)變色可以使普通的楓樺木材的顏色由不均勻的粉紅色向紅色或深紅色變化，誘發(fā)變色處理后變色楓樺木材的顏色均勻，使低品質(zhì)木材獲得人們期望的色彩和花紋，掩蓋木材固有缺陷，修飾木材的顏色，提高木材的品質(zhì)和利用價(jià)值，利用楓樺變色制備的產(chǎn)品的顏色美觀，提高了楓樺木材的使用價(jià)值。3、本發(fā)明方法克服了染色木材生產(chǎn)過程中由于染色處理步驟中產(chǎn)生的大量廢水廢液的缺陷，利于環(huán)境保護(hù)，達(dá)到了環(huán)保的目的。4、本發(fā)明制備的楓樺變色木的原料易得，制備方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，提高了楓樺木材的使用價(jià)值，增加楓樺樹種附加經(jīng)濟(jì)價(jià)值。具體實(shí)施例方式楓樺材采自黑龍江省方正縣高愣林場(chǎng)，由于楓樺木邊材反巻剝落，將邊材去除，留取心材備用，其中楓樺木材的初含水率為67%。實(shí)施例11)試樣制備將楓樺木材心材制成規(guī)格為150X40X20mm(長(zhǎng)X寬X厚)的試樣，選擇顏色均一的弦向和徑向兩面作為測(cè)試面；2)汽蒸處理將楓樺試樣置于裝有水的不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌器(合肥華泰醫(yī)療設(shè)備廠)內(nèi)，加熱升溫，使蒸鍋內(nèi)的水保持沸騰，產(chǎn)生蒸汽，對(duì)楓樺試樣進(jìn)行汽蒸處理，其中，汽蒸處理的相對(duì)壓力為OMPa，時(shí)間為10小時(shí)；3)真空干燥處理汽蒸處理后的楓樺試樣冷卻降溫至25t:后，置于真空干燥箱內(nèi)，進(jìn)行真空干燥處理，制得楓樺變色木，其中，真空干燥溫度為25t:，干燥處理時(shí)的相對(duì)真空度為-0.095MPa，干燥后的楓樺變色木的含水率為5%。按照CIE(LW)標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)表征系統(tǒng)對(duì)楓樺木材顏色進(jìn)行精確定量表征，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總體色差(AE)和視覺物理參數(shù)分析。CIE(LW)標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)表征系統(tǒng)的主要視覺物理參數(shù)L*、a*、b*和Ag*，其中L*:明度，完全白的物體視為100，完全黑的物體視為0;a*:紅綠軸色度指數(shù)，正值越大表示顏色越偏向紅色，負(fù)值越大表示越偏向綠色；b*:黃藍(lán)軸色度指數(shù)，正值越大表示顏色越偏向黃色，負(fù)值越大表示越偏向藍(lán)色。Ag*:色調(diào)角，Ag*=arctan(b*/a*)試樣按照弦向和徑向兩面取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，取平均值作為最終測(cè)量值。依據(jù)CIE(1976)lAi1/色度學(xué)參數(shù)計(jì)算AL*、Aa*、Ab*、AC*、AAg*，PAE*。計(jì)算方法為C*=(a*2+b*2)1/2;AE*=(AL*2+Aa*2+Ab*2)1/2;5AL*=Ln*_L0*;Aa*=an*_a0*;Ab*=bn*_b0*;AC*=Cn*_C0*AAg*=Agn*_Ag。*AL*:明度差，正值表示比對(duì)照樣明亮，負(fù)值表示比對(duì)照樣暗；A^:^的變化值，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；Al/:l/的變化值，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；AC*:色飽和度差值，正值表示比對(duì)照樣鮮明，負(fù)值表示比對(duì)照樣暗深；AAg*:色調(diào)角差，數(shù)值越大表示色調(diào)變化越大；AE*:色差，又稱總體色差，數(shù)值越大表示被測(cè)物和對(duì)照物顏色差別越大。楓樺變色木采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)(北京光學(xué)儀器廠)測(cè)定木材顏色和視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表1所示。實(shí)施例2除了汽蒸處理的相對(duì)壓力為0MPa，時(shí)間為8小時(shí)；汽蒸處理后的試樣冷卻降溫至l(TC后，進(jìn)行真空干燥處理，其相對(duì)真空度為-0.07MPa，干燥溫度為l(TC，干燥后的楓樺變色木的含水率為10%之夕卜，其余與實(shí)施例1相同。制備的楓樺變色木采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定其顏色視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表l所示。實(shí)施例3除了汽蒸處理的相對(duì)壓力為OMPa，時(shí)間為4小時(shí)；汽蒸處理后的試樣冷卻降溫至3(TC后，進(jìn)行真空干燥處理，其相對(duì)真空度為-0.09MPa，干燥溫度為3(TC，干燥后的楓樺變色木的含水率為3%之外，其余與實(shí)施例1相同。制備的楓樺變色木采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定其顏色視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表l所示。實(shí)施例4除了將楓樺試樣置于不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌器內(nèi)，加熱升溫，進(jìn)行加壓汽蒸處理，汽蒸處理的相對(duì)壓力為0.035MPa(即絕對(duì)壓力為0.135MPa)，處理時(shí)間為10小時(shí)；汽蒸處理后的試樣冷卻降溫至2(TC后，進(jìn)行真空干燥處理，其相對(duì)真空度為-0.095MPa，干燥溫度為2(TC，干燥后的楓樺變色木的含水率為3%之外，其余與實(shí)施例1相同。制備的楓樺變色木采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定其顏色視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表l所示。實(shí)施例5除了將楓樺試樣置于不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌器內(nèi)，加熱升溫，進(jìn)行加壓汽蒸處理，汽蒸處理的相對(duì)壓力為0.25MPa(即絕對(duì)壓力為0.35MPa)，處理時(shí)間為8小時(shí)；汽蒸處理后的試樣冷卻降溫至3(TC后，進(jìn)行真空干燥處理，其相對(duì)真空度為-0.07MPa，干燥溫度為3(TC，干燥后的楓樺變色木的含水率為10%之外，其余與實(shí)施例1相同。制備的楓樺變色木采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定其顏色視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表l所示。實(shí)施例6除了將楓樺試樣置于不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌器進(jìn)行加壓汽蒸處理，汽蒸處理的相對(duì)壓力為0.4MPa(即絕對(duì)壓力為0.5MPa)，處理時(shí)間為4小時(shí)；汽蒸處理后的試樣冷卻降溫至l(TC后，進(jìn)行真空干燥處理，其相對(duì)真空度為-0.09MPa，干燥溫度為l(TC，干燥后的楓樺變色木的含水率為5%之外，其余與實(shí)施例1相同。制備的楓樺變色木采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定其顏色視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表l所示。對(duì)照例1以制備的楓樺試樣為對(duì)照例l，采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定其顏色視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表1所示。對(duì)照例2以楓樺試樣進(jìn)行常規(guī)干燥后得到的變色楓樺木為對(duì)照例2，其中，干燥過程中的相對(duì)壓力為OMPa，干燥溫度為12(TC，干燥后的木材的含水率為3%。采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定其顏色視覺物理參數(shù)，測(cè)定結(jié)果如表1所示。表l楓樺變色木的視覺物理參數(shù)檢測(cè)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>檢測(cè)結(jié)果表明1、楓樺變色處理過程中視覺物理參數(shù)AL*、Al/和AAgf均為負(fù)值，趨勢(shì)為減??；Aa*為正值，趨勢(shì)為增大，說明誘發(fā)變色使楓樺顏色的變化趨勢(shì)向紅色和深色方向變化，可獲得均勻的灰紅褐色變色楓樺木材；2、楓樺經(jīng)高溫、高濕，尤其是高溫汽蒸條件下的誘發(fā)變色，主要視覺物理參數(shù)為1^=44.52-61.88，a*=10.59-16.64，b*=16.19-21.59，Ag*=49.26-60.95，變色楓樺木呈紅色至深紅色。3、試驗(yàn)結(jié)果表明高溫高濕條件下的汽蒸處理對(duì)楓樺木材具有很好的誘發(fā)變色效果。誘發(fā)變色使楓樺木材顏色的變化趨勢(shì)向紅色、深紅色方向變化，可獲得顏色均勻，讓人感到穩(wěn)重、舒適的楓樺變色木，增加了楓樺木材的附加經(jīng)濟(jì)價(jià)值。試驗(yàn)例楓樺變色木顏色均勻性將實(shí)施例1-6和對(duì)照例1-2的楓樺木材的一個(gè)長(zhǎng)X寬的面作為測(cè)試面，在測(cè)試面上任意選擇3個(gè)測(cè)試點(diǎn)，采用TC-PIIG型全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定木材顏色和視覺物理參數(shù)，測(cè)試檢測(cè)結(jié)果如表2、3、4、5所示。表2楓樺變色木顏色均一性試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3楓樺變色木顏色均一性試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4楓樺變色木顏色均一性試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>測(cè)試結(jié)果表明在任意選取的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)上，楓樺變色木的色度指數(shù)值(L*，a*，b*，Ag*)變化很小，各個(gè)參數(shù)的相對(duì)偏差小(在0.3%以內(nèi))，證明了楓樺變色木的顏色均勻穩(wěn)定。說明采用本發(fā)明方法誘發(fā)楓樺木材變色后的變色楓樺木的顏色均勻，楓樺變色木的視覺感官美觀、舒適，提高楓樺木材的品質(zhì)。對(duì)照例1在不同點(diǎn)上的值變化較大，相對(duì)偏差大(以Ag*為例，相對(duì)偏差1.05%)，說明顏色均一性很差。對(duì)照例2在不同點(diǎn)上的值變化較大，相對(duì)偏差大，其中L*的平均相對(duì)偏差為2.54%;a*的平均相對(duì)偏差為5.1%;b*的平均相對(duì)偏差為4.5%;Ag*的平均相對(duì)偏差為0.48%，各測(cè)試點(diǎn)上相對(duì)偏差數(shù)值很大，說明顏色均一性很差。控制楓樺木材在低溫真空干燥條件下進(jìn)行干燥，使得生成的楓樺變色木的顏色均權(quán)利要求一種誘發(fā)楓樺木材變色的方法，包括對(duì)楓樺木材依次進(jìn)行汽蒸處理和真空干燥處理。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的汽蒸處理過程中的相對(duì)壓力為0-0.75MPa。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的相對(duì)壓力為0-0.4MPa。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的相對(duì)壓力為0MPa。5.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征是所述的汽蒸處理的處理時(shí)間為4-10小時(shí)。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是所述的處理時(shí)間為4-8小時(shí)。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的真空干燥處理的相對(duì)真空度為-0.05-0.lMPa。8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述的真空干燥處理的干燥溫度《50°C。9.如權(quán)利要求8所述方法，其特征是所述干燥溫度為20-30°C。10.—種楓樺變色木，其特征是按照如權(quán)利要求l-9任一所述方法制備而成。全文摘要本發(fā)明公開了一種誘發(fā)楓樺木材變色的方法和楓樺變色木。本發(fā)明方法包括對(duì)楓樺木材進(jìn)行汽蒸處理。楓樺變色方法誘發(fā)楓樺的顏色由不均勻的粉紅色向紅色和深色方向變化，獲得均勻的深紅棕色、紅色變色楓樺木材，讓人感到穩(wěn)重、舒適；而且制備的楓樺變色木的顏色均勻，提高了楓樺木材的利用率和增加了楓樺木材的使用價(jià)值。文檔編號(hào)B27K5/00GK101722550SQ200910243639公開日2010年6月9日申請(qǐng)日期2009年12月18日優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日發(fā)明者曹艷艷,樊永明,陳瑤,高建民申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)