薄木生产中蓝变木材的漂白1)

常德龙 董儒贞 谢 青 黄文豪 黄 琳

(国家林业局泡桐研究开发中心，郑州，450003) (河南工程学院) (国家林业局泡桐研究开发中心)

木材颜色是衡量木材材质的一个重要指标［1］，其色度学指标直接关系到木材表观质量，影响木材使用价值及利用率［2-3］。

变色使木材材面或木制品表面颜色不均匀，深浅不一，使木材的纹理和色调的美观受到破坏，直接影响成材和制品的外观质量，使其商品价值大为降低［4］。一些刨切用木材如泡桐、樟子松、香樟木、竹材等木材经过蒸煮、加热、调湿后，在储运、加工过程中极易发生蓝变，有时又称青变，影响木材表观质量［5-8］，使产品出材率、利用率大为降低，经常造成产品降等、削价、亏损，甚至用户退货索赔。因此，木材蓝变防治备受微薄木及其二次贴面装饰木材加工企业重视，生产的全部过程都要考虑木材变色问题。

对于木材蓝变预防，可采用物理法低温、干燥抑制真菌生长，也可采用化学法对木材进行防腐、防霉控制［9-15］。但由于加工量大，企业条件限制，即便采用以上措施，在夏季潮湿环境下，仍有大量木材发生蓝变。有很多科研人员寻找办法进行脱出蓝变色斑［16-18］，从理论上分析了变色物质的成分及特性，但因成分及变色机理复杂，还没有找到简便而有效方法进行防治。生产上多采用双氧水加烧碱水溶液进行漂白，虽有一定效果，但因双氧水易挥发，药效持续性差，处理工艺时间长，蓝变不能彻底去除。笔者针对加工中常用的微薄木加工用木材如泡桐、樟子松、香樟木和竹子等材种，根据以往的木材变色防治成果，综合考虑脱色剂对木材蓝变色素作用的敏感程度、药剂间的协同作用、改善木材表面活性、渗透性等因素，配制了环保型蓝变木材脱色剂TSBL，进行蓝变脱色试验，以期解决蓝变木材色素脱出问题。

1 材料与方法

1.1 材料

泡桐(Paulownia elongata)，采自河南省兰考县木材加工厂，木材产地为当地。樟子松(Mongolian Scotch Pine)10株，为俄罗斯进口木材，无结疤、无腐朽。橡胶木(Hevea spuceana)，采自山东菏泽庄寨镇木材市场，巴西进口木材，木材无结疤、无腐朽。香樟木(Cinnamonum camphora(L.))，采自山东菏泽庄寨镇木材市场，产地为湖南益阳。竹子(Moso Bamboo)，采自山东菏泽庄寨镇木材市场，产地为浙江安吉，刨切用集成材。

脱色剂TSBL，由次氯酸钠、过碳酸钠、SDS及EDTA主要成分组成，按照m(次氯酸钠)∶m(过碳酸钠)∶m(SDS)∶m(EDTA)=(1～20)∶(1～20)∶(0.01～1) ∶(0.05～1)比例由中心实验室配制成水溶液，无毒环保。

双氧水，工业级，郑州生产。

1.2 方法

将4种发生严重蓝变木材及竹材制成尺寸为50 mm×10 mm×5 mm的试件，各600块;4种木材及竹材微薄木尺寸(长度×弦向×径向)为50 mm×0.6 mm×5 mm，每种1 500片;低温恒湿存放备用。

采用WHSC-100测色仪，测定木材不同层面颜色、L*a*b*表色系、L*(亮度)、a*(变红度)、b*(变黄度)、ΔE*(总色差)。

1.3 试验设计

正交试验：分别将脱色液质量分数(A)、处理时间(B)、温度(C)及脱色液pH值(D)作为影响因子，每个因子设定3个水平，考虑交互作用，选择正交表L27(313)安排樟子松微薄木蓝变脱色试验，每个处理试验6片微薄木，测定木材表面L*(亮度)、a*(变红度)、b*(变黄度)、ΔE*(总色差)，5 次重复，综合研究分析各影响因子。

表1 正交试验因素水平

木片厚度及处理时间对蓝变木材脱色效果的影响：将蓝变木块、竹片各30块分别放到3%的脱色液中，加热至40℃，并恒温保持，分别对处理1、3、5、7、9 h 的1、2、3、4、5 mm 深度层面的蓝变木材漂白效果进行观测。

脱色剂质量分数对木材脱色效果的影响：将双氧水配成1%、5%、20%3个梯度的碱性溶液，脱色剂TSBL质量分数分别1%、3%、5%3个水平，在脱色过程中将脱色液加热至40℃，保持恒温，木皮厚度为0.6 mm，处理时间为3 h，将备好的4种木材及竹子微薄木试件90块放入溶液中处理，观察脱色剂质量分数对脱色效果的影响。

处理温度对蓝变木材脱色效果的影响：将每个材种微薄木200块试件分成4组各50块，脱色液处理温度分别为 20、30、40、50 ℃，处理时间为 5 h，进行脱色试验，观测木皮表面真菌蓝变色素脱出情况。

脱色液酸碱度pH值对蓝变木材脱色效果的影响：脱色液的 pH 值分别设定为 5、6、7、8、9，温度为40℃，将每个材种微薄木250块试件分成5组各50块，处理时间为3 h，测定不同pH值条件下蓝变木材的脱色效果。

2 结果与分析

2.1 影响因子的方差分析

因发生蓝变的木材L*(明度)，a*(红绿轴色品指数)在脱色试验中变化不明显，不能真实反映蓝变木材脱色前后视觉效果差异，故本试验暂省略对其分析，主要对 b*(黄蓝轴色品指数)和总色差ΔE*进行分析。从表2正交试验方差分析中得知，脱色剂质量分数(A)和反应环境pH值(D)对黄蓝轴色品指数b*及总色差ΔE*影响达到了极显著水平，说明两因素对脱色效果起到关键作用。从反应过程中也可以看出，脱色剂的使用量跟木材蓝变脱出有直接关系，同时，pH值达到一定的条件后，反应才能进行，起到引发与终止的作用。处理时间(B)也达到了次极显著的水平，说明脱色反应需要一定时间，时间过短达不到脱出蓝变的效果，只有经过一段时间化学反应，才能达到理想的脱色效果。质量分数(A)与温度(C)的交互作用AC对b*的影响达到显著水平，因为脱色是吸热反应，试验结果也表明药剂在一定的温度下反应效果好。处理时间(B)与温度(C)的交互作用BC对ΔE*的影响达到显著水平，说明反应经过一定的时间，且达到适宜温度，蓝变木材脱色的总色差ΔE*才能理想。温度(C)单独影响因子没有达到显著水平，但从试验上仍能感到受其影响。根据表3总色差ΔE*分析中达到显著水平的影响因素K值可以看出，蓝变木材脱色最佳组合为A2B2C2D2，即在脱色剂质量分数为3%，处理时间3 h，温度为40°，酸碱度pH=7时，樟子松微薄木材蓝变可以脱出。其它木材因其本身特性不同脱色因子最佳组合会有一定差异。

2.2 木片厚度及处理时间对蓝变木材脱色效果的影响

表4显示：不同处理时间，脱色深度不一样，时间越短，脱色深度越浅，时间长，脱色深度深。樟子松、橡胶木、香樟木、竹子木材处理1 h，蓝变均不能脱出;加热3 h，脱色深度达1 mm;加热5 h，脱色深度达3 mm;加热7～9 h，脱色深度达到5 mm，甚至更深。泡桐木材蓝变较难脱出，加热5 h，脱色深度达1 mm;加热7 h，脱色深度达3 mm;加热9 h，脱色深度达5 mm，甚至更深。不难看出，脱色效果、脱色深度与处理时间有直接关系，处理时间越长，脱色深度越深;处理时间短，处理效果不理想，甚至表层蓝变亦不能脱出。这也说明，木材越厚，脱色难度越大。泡桐木材蓝变更加难以脱出，这与泡桐木材渗透性差，脱色液难以进入木材发挥作用有关。樟子松、橡胶木、香樟木和竹子较泡桐材的蓝变易脱出，这与它们的渗透性好有关。

表2 正交试验方差分析

表3 总色差ΔE*达到显著水平的影响因素K值

表4 蓝变木材在不同脱色处理时间、不同深度层的观察结果

2.3 脱色剂质量分数对木材脱色效果的影响

表5结果显示：在木材传统脱色广泛使用的双氧水，由低到高的3种不同质量分数药液均不能脱出蓝变木材色斑;脱色剂TSBL的1%药液不能脱出蓝变色斑，3%的药液即可脱出4种木材蓝变，5%亦可，只是因药力强，脱色速度更快。实验说明，一定质量分数的TSBL药液在适宜条件下，能够达到满足脱出木材蓝变之目的。

表5 脱色剂质量分数对木材脱色效果的影响

2.4 处理温度对蓝变木材脱色效果的影响

从表6中看到，温度对脱色剂TSBL脱色效果影响明显，温度较低时，虽有一定效果，但不能脱出木材蓝变色素，即温度低于40℃时脱色反应很慢。这是因为脱色剂对蓝变木材的氧化还原反应是吸热反应，需要热能，需要提高温度，当超过40℃时，反应迅速，蓝变色素很快消失。

表6 温度对蓝变木材脱色效果的影响

2.5 脱色剂pH值对蓝变木材脱色效果的影响

从表7可知，pH值对蓝变木材脱色影响明显，中性的药液基本处于平衡状态，反应很慢。当脱色剂处于酸性状态，即低于7时，H+离子多时，反应启动，脱色速率明显提高，且随着酸性的增强，脱色反应更彻底。结果显示，酸性状态下，蓝变木材色斑可以去除。当脱色剂处于碱性状态，大于7时，HO-离子多时，药液脱色反应基本处于停止状态，蓝变色斑不能脱出。由此看出，H+和HO-基团对TSBL脱色剂有调控作用。

3 结论

试验结果表明：脱色剂质量分数和pH值对黄蓝轴色品指数b*及总色差ΔE*影响达到了极显著水平，处理时间也达到了次极显著的水平，说明其对脱色效果起到关键作用。蓝变木材脱色最佳组合为：脱色剂质量分数为3%，处理时间3 h，温度为40℃，酸碱度pH=7时，樟子松微薄木材蓝变可以脱出。其它木材因其本身特性不同，脱色因子最佳组合会有一定差异。质量分数3%以上的脱色剂TSBL药液即可脱出木材蓝变，质量分数越大，脱色效果越好。脱色效果、脱色深度与处理时间有直接关系，处理时间越长，脱色深度越深;反之则差，甚至蓝变不能脱出。木材越厚，脱色难度越大。泡桐木材由于渗透性差，需要5～9 h才能脱出蓝变。樟子松、橡胶木、香樟木和竹子较泡桐材渗透性好，3～7 h即可脱出蓝变。脱色剂pH值对蓝变木材脱色影响明显，中性的药液基本处于平衡状态，当脱色剂处于酸性状态，即pH＜7时，脱色速率明显提高，且随着酸性的增强，反应充分，蓝变木材色斑可以去除。当脱色剂处于碱性状态，pH＞7时，药液脱色反应基本处于停止状态，蓝变色斑不能脱出。

表7 脱色剂pH值对蓝变木材脱色效果的影响

［1］李坚.木材科学［M］.2版.哈尔滨：东北林业大学出版社，2002：434-476.

［2］李坚.木材保护学［M］.哈尔滨：东北林业大学出版社，1999：38-87.

［3］刘一星.木材视觉环境学［M］.哈尔滨：东北林业大学出版社，1994：21-23.

［4］陆文达.木材改性工艺学［M］.哈尔滨：东北林业大学出版社，1993：106-155.

［5］蒋建平.泡桐栽培学［M］.北京：中国林业出版社，1990：370-410.

［6］方桂珍.木材的变色与防治［J］.北京木材工业，1992(4)：24-27.

［7］周慧明.木材防腐［M］.北京：中国林业出版社，1989：109-120.

［8］段新芳.木材变色防治技术［M］.北京：中国建材工业出版社，2002.

［9］Eslyn W E，Cassens D L.Laboratory evaluation of selected fungicides for control of sapstain and mold on southern pine lumber［J］.Forest Products Journal，1983，33(4)：65-68.

［10］Hulme M A，Thomas JK.Control of fungal sap stain with alkaline solutions of quaternary ammonium compounds and with tertiary amine salts［J］.Forest Products Journal，1979，29(11)：25-29.

［11］Levitin N.Lignins of sapwood and mineral stained maple.Canadian Forestry service［J］.Bi-Monthly Research Notes，1970，27(4)：29-30.

［12］Presnell T L，Nicholas D D.Evaluation of combinations of lowhazard biocides in controlling mold and stain fungi in southern pine［J］.Forest Products Journal，1990，40(2)：57-61.

［13］Unligil H H.Laboratory screening tests of fungicides of low toxic hazard for preventing fungal stain of lumber［J］.Forest Products Journal，1979，29(4)：55-56.

［14］Verrall A F.Relative importance and seasonal prevalence of wood-staining fungi in the southern states［J］.Phytopathology，1939，29：1031-1035.

［15］Verrall A F.Dissemination of fungi that stain logs and lumber［J］.Journal of Agricultural Research，1941，63(9)：549-558.

［16］Zink P，Fengel D.Studies on the colouring matter of blue-stain fungi Part 1：General characterization and the associated compounds［J］.Holzforschung，1988，42(4)：217-220.

［17］Zink P，Fengel D.Studies on the colouring matter of blue-stain fungi Part 2：Electron microscopic observations of the hyphae walls［J］.Holzforschung，1989，43(6)：371-374.

［18］Zink P，Fengel D.Studies on the colouring matter of blue-stain fungi Part 3：Spectroscopic studies on fungal and synthetic melanins［J］.Holzforschung，1989，44(3)：163-168.