高温热处理对小白藤材色和视觉心理量的影响

江馥杉，武恒，王传贵

(安徽农业大学林学与园林学院，合肥230036)

高温热处理对小白藤材色和视觉心理量的影响

江馥杉，武恒*，王传贵

(安徽农业大学林学与园林学院，合肥230036)

以小白藤为研究对象，研究不同高温热处理温度和时间对藤材颜色的影响规律，采用红外光谱技术分析颜色变化的原因，在此基础之上分析藤材的视觉物理量与视觉心理量之间是否存在相关性。结果表明，随着高温热处理温度的升高和时间的延长，小白藤材的明度指数和黄蓝色品指数都有一定程度的下降，但红绿色品指数呈现上升趋势。3个材色参数产生变化的主要原因是在热处理过程中，藤材组分中的羰基等发色基团有显著变化。同时，心理调查结果显示视觉物理量参数对视觉心理量有一定程度的影响，如人们会直观认为明度值越高的物体越轻巧、明快，明度值越低的物体越硬重、深沉。因此，进行小白藤材高温热处理的研究有利于推动藤材在室内装饰领域的应用，从而创新其利用新形式，提升利用附加值。

高温热处理；藤材材色；视觉心理量；小白藤

随着人们生活质量的提高，产品颜色已经成为影响消费者购买的重要因素。然而当前市场上藤材产品色彩单一，种类缺乏等问题已经引起各个加工企业以及木材领域学者的关注。经过研究发现，高温热处理藤材的改性方法可以通过调整热处理的温度、时间来获得不同深度颜色的材料，以此来达到藤材产品色彩多样性的目的[1]。20世纪90年代以来，由于人们环保意识的加强，药剂等化学方法对环境造成一定危害等原因，木材高温热处理生产技术的开发与工业化应用在加拿大、芬兰、法国、德国等木材工业较发达的欧洲国家得到重视[2-4]。目前国内的一些学者也对高温热处理木材有一定程度的研究，如中国林科院、南京林业大学等单位学者就已经研究了高温热处理对水曲柳、松木、杉木等木材的材色影响[5-8]，但有关藤材颜色变化的研究却鲜有涉及。因此，进行藤材高温热处理的研究将开创我国对小白藤材利用的新途径，有利于推动藤材应用于室内装饰设计领域的多样性，从而创新藤材利用的新形式，提升利用的附加值。

本试验以小白藤材为研究对象，利用感光扫描仪对藤材的颜色值进行测定，分析相同处理工艺下不同的热处理温度以及时间对藤材颜色的影响规律，同时利用红外光谱仪分析材色变化的原因，以期为藤材视觉环境学的研究以及后续的室内装饰工作提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

印度尼西亚小白藤(CalamusbalansaeanusBecc.)，藤条磨皮后气干至气干含水率。试材尺寸：155 mm×14(±1)mm(长度×直径)圆柱体藤条试件；试件数量：5组(其中1组为空白对照组)，每组30个，共150个。整个热处理试验的处理温度(190，200，210，220℃)和处理时间(1，2，3，4 h)均设定4个水平，热处理后将试材置于自然环境中7 d达到颜色稳定后，使用砂纸将被测面磨光并加工至平整状态，以备进行材色测定。

1.2 试验设备

GSL-1700X-S 1 700℃管式炉(合肥科晶材料技术有限公司)；压刨机；爱普生V39感光扫描仪(爱普生(中国)有限公司)；傅里叶变换红外光谱仪(Bruker Tensor Ⅱ，德国Bruker公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 高温热处理试验

将干燥好的藤材表面刨光，测量其热处理前的颜色后放入炭化炉内，抽空炭化炉内的空气至真空状态并输入氮气作为保护气体，以4℃/min的速度升温至最高处理温度，处理温度分别设置为190，200，210和220℃，达到设定的最高温度后进行保温处理，保温时间分别为1，2，3和4 h，待自然冷却至室温后取出。

1.3.2 材色的定量测量与计算

试材的颜色测定采用爱普生V39感光扫描仪。将对照材和处于不同处理温度和处理时间的16组处理藤材置于扫描仪上，调试扫描仪至真彩模式，输入分辨率300 dpi，设定测量面积长宽为30 mm×20 mm。输出图像后，利用数字图像技术对每张图像进行多点多次(取3点，每点2次)测量，取平均值作为该温度下试样的材色测量值。材色参数采用L*a*b*表色系(CIE1976)表示，将数据输入计算机并统计不同处理温度下材色测量值的平均值后，再进行各项色度学的指标计算[9]。其中材色参数的计算方法如下：

L*=(L1+L2+…+Ln)/n

a*=(a1+a2+…+an)/n

b*=(b1+b2+…+bn)/n

1.3.3 红外测定方法

将经过不同温度和时间处理的藤材样品粉碎，按1∶100的比例将样品与KBr充分混合、压片，利用傅里叶变换红外光谱仪进行红外扫描测定。

1.3.4 视觉心理量的选取与测量

本研究基于语意差异法，按照以下原则来选取视觉心理量词：1)选取的心理量词能反映当前热处理温度下藤材的视觉感知特点；2)各个量词能代表一定的心理感觉意义[10]。根据以上的原则，选取“高档”“庄重”“温暖”“明快”“现代”“仿古”“素雅”“深沉”“冰冷”“硬重”10个心理量词。本次心理试验受试者分为两组，分别从安徽农业大学环境艺术设计专业和木材科学与技术专业的大二学生中各挑选30名进行测试。本研究采用调查问卷的形式进行测试，要求被试者在测试的过程中观察所给的4种试样颜色，结合自己的心理感受在相应的栏目中对样本的视觉心理量词汇进行打分，其中最高分和最低分为+5和-5。

2 结果与分析

2.1 高温热处理对小白藤材色的影响

高温热处理对小白藤材色参数(L*、a*、b*)的影响规律如图1所示。从图1可知，随着高温热处理温度的升高和时间的延长，藤材的整体明度值呈下降趋势，颜色逐渐变暗。在相同的处理时间(1 h)内，与对照材(L*=76)相比，藤材的明度值降低40.79%～60.53%。其中明度下降的主要原因是随着热处理温度的升高，藤材的半纤维素发生较剧烈的分解并产生乙酸，纤维素和木质素在酸性物质的催化下也发生部分热解，加之有机物质的挥发等原因，导致藤材的明度值呈显著下降趋势[11-13]。热处理后藤材的红绿色品指数a*呈上升趋势，如图1所示，与对照材(a*=7.5)相比，在相同的热处理时间(1 h)内，指数增加6.67%～93.33%，说明热处理温度的升高对小白藤材的红绿色品指数有显著影响，但当温度升高至220℃时，热处理条件改变对红绿色品指数的影响不再明显。小白藤材的黄蓝色品指数b*一直呈下降趋势，如图1所示，与对照藤材(b*=14.5)相比，在相同的热处理时间(1 h)内，处理后藤材的黄蓝色品指数呈先升高后降低的趋势。其中，不同的热处理温度对黄蓝色品指数有一定的影响，当热处理温度为210℃和220℃时，随着热处理时间的延长，藤材的黄蓝色品指数呈下降的趋势，但当热处理温度为190℃和200℃时，热处理条件的改变对黄蓝色品指数的影响不明显。黄蓝色品指数下降的主要原因是黄色在光谱中具有很高的明度，随着热处理温度的升高和时间的延长，藤材的明度显著下降，所以黄蓝色品指数也随之降低[14-15]。因此，在L*、a*、b*3个材色参数中，高温热处理对红绿色品指数的影响最显著，对明度指数的影响次之，对黄蓝色品指数的影响最小。

图1 高温热处理对藤材材色指数的影响Fig. 1 Effect of heat treatment on rattan color index

2.2 高温热处理后小白藤材的红外光谱

a.对照材；b.190℃；c.200℃；d.210℃；e.220℃图2 不同热处理温度下红外光谱的变化Fig. 2 Changes of infrared spectra at different heat treatment temperatures

2.3L*a*b*的视觉物理量与视觉心理量的相关性分析

对环境艺术设计专业和木材科学与技术专业学生的心理量测试结果见表1，由表可知，环境艺术设计专业的学生对明度高的试样色彩评价更高一些，而木材科学与技术专业的学生则对明度高低的评价偏弱一些，这可能与环境艺术设计专业对色彩有更强烈的感受有关。对比每组材色所得分值的总和可以发现无论是环境艺术设计专业还是木材科学与技术专业，220℃处理材色的分值均高于其他组，说明在本次试验的结果中，大家更喜爱220℃处理工艺下的小白藤材。由表2可知，试样的视觉物理量与视觉心理量有一定程度的相关性，其中明度值的大小与温暖、明快、现代、素雅呈正相关，与高档、庄重、仿古、深沉、冰冷、硬重呈负相关。说明当人们仅能通过视觉观察来判断物体时，会直观认为明度值高的物体越轻巧、明快，明度值越低的物体越硬重、深沉。高明度的藤材大多呈乳白色或淡黄色，具有清新、淡雅、温暖的情感特征，而利用这种颜色的藤材制作出的家具能营造出现代简约风格或者清新田园的感觉；低明度值的藤材通常红绿色品指数会有所升高，制作出的装饰品具有高档、上乘的感觉。红绿色品指数与温暖、高档、庄重、仿古呈正相关，与现代、硬重呈负相关，说明试样越偏向红色，人们认为其越庄重、高档而且温暖，这与中国人心里认为红色是豪华、热情的象征有关。黄蓝色品指数与高档、庄重、仿古、深沉、冰冷、硬重呈负相关，与温暖、明快、现代呈正相关，说明试样的黄蓝色品指数越高，人们越容易产生现代感和明快感。经过不同高温热处理后的藤材摆脱了以往单调的传统形象，将不同颜色的藤材相互编织、穿插使藤产品变得更富有表现力和时尚感。

表1 环境艺术设计专业和木材科学与技术专业学生的心理量测试结果

表2 以环境艺术设计专业和木材科学与技术专业学生为例得出视觉物理量与视觉心理量的相关性

3 结 论

1)随着高温热处理温度的升高和时间的延长，小白藤材的明度值和黄蓝色品指数都有一定程度的下降，但红绿色品指数却呈现上升趋势，在3个材色参数中，高温热处理对红绿色品指数的影响最显著，对明度指数的影响次之，对黄蓝色品指数的影响最小。

2)从红外光谱分析图中可以看出，在热处理的过程中，羰基等发色基团的变化会引起材色的变化，发色基团的增加会导致材色的颜色加深。

3)心理调查的研究结果表明，在本次试验中220℃的处理工艺较佳，同时也说明视觉物理量参数对视觉心理量有一定程度的影响。因此研究视觉物理量有一定的必要性，对人们居住于不同空间内产生不同的心理感受提供科学的依据。

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Effects of high temperature treatment on the color andvisual psychology of rattan

JIANG Fushan，WU Heng*，WANG Chuangui

(SchoolofForestry&LandscapeArchitecture,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China)

This study aimed at investigating the influence of different heat treatment temperatures and times on the rattan color. The infrared spectroscopy was used to analyze the causes of the color changes. In the high temperature treatment experiments, the surfaces of dry rattan were polished, placed into the carbonization furnace, conducted the heat treatment and then cooled down to room temperature. A correlation between visual physical quantity of rattan and visual psychological magnitude was analyzed. In the psychological tests, the students from the environmental art design specialty and wood science and technology major of Anhui Agriculture University were randomly divided into two groups. By using the questionnaire, the students were asked to observe the four kinds of colors, combined with their own feelings in the corresponding column in the visual psychological quantities of samples, graded the highest and lowest points for +5 and -5. The experimental results showed that with the increasing heat treatment temperature and time, the rattan lightness index and yellow blue color index decreased to some extent, but the red green color index had an increase trend. The main reason for the changes of three color parameters was that the carbonyl chromophore of the rattan components had the same changes during the heat treatment process. Psychological survey results showed that the visual physical parameters had certain effects on visual psychological quantities, for example, people could consider the high visual brightness value objects lighter and crisper, while consider the low lightness value objects harder, deeper and more heavy. The research on high temperature treatment can promote the application of rattan in the interior decoration field, and add values to rattan products.

high temperature treatment; color of rattan; visual psychology;CalamusbalansaeanusBecc.

2016-08-03

2016-11-08

“十二五”国家科技支撑计划课题(2012BAD23B0104)。

江馥杉，女，研究方向为藤材在室内装饰设计中的应用。通信作者：武恒，男，副教授。E-mail:410318440@qq.com

S781;TS65

A

2096-1359(2017)01-0025-05