金属离子诱导实木复合地板柞木表板变色工艺

洪 兴，王卿平，刘明利，李春风，张馨丹，刘 宇

(北华大学材料科学与工程学院，吉林 吉林 132013)

采用欧洲柞木作为实木复合地板表板材料在制造和使用过程中会发生不规则的颜色变化，导致产品质量降低.依据木材发色体系的形成特点，控制木材热诱导变色可使普通木材获得高价值树种所特有的颜色.多酚类物质以及木材组分内所含的发色基团和助色基团导致木材变色[1].比如，单宁是多元酚类混合物，在潮湿条件下与铁接触会发生化学反应形成单宁酸铁，呈现黑色[2]，使木材颜色变黑.铁含量以及与铁接触时间不同，木材呈现由浅灰至蓝黑等不同颜色.木材诱发变色综合考虑了木材变色过程与木材调色过程[3].国外关于木材热诱导变色的研究起步较早，如对美国铁杉木材高温干燥变色问题的研究结果表明，铁杉木的亮度和色差与加热温度和受热时间关系很大[4-5].国内陈慧敏等[6]用FeCl2处理麻栎，研究了木材化学变色问题；李慧等[7]通过诱导木材抽提物研究木材变色.利用金属离子诱导速生材变色，颜色、纹理都可以控制，随着珍贵木材越来越稀缺，金属离子诱导木材变色具有很好的发展前景.本次研究采用Cu2+对实木复合地板柞木表板进行诱导变色，探讨色泽变化规律；通过单因素试验，研究不同干燥温度和诱导剂用量对柞木表板颜色的影响.本项研究成果对提高木材商用价值，指导利用金属离子诱导木材变色生产具有重要意义.

1 试验材料与方法

1.1 材料与仪器

柞木板材规格为40 mm×100 mm×3 mm，密度0.71 g/cm3，含水率9%；铜离子(Cu2+)为诱导剂.主要试验仪器有CR-410型色差测定仪(色差度精度为0.01)、MG-268Plus光泽度测定仪.

1.2 试验方法

将柞木表板编号，按顺序涂刷金属离子诱导剂.将涂刷好的板材放在干燥箱内干燥，干燥温度分别为40、45、50、55、60、65 ℃.用色差测定仪、光泽度测定仪测定干燥后板材的相关数据，评定色度空间参数和光泽度参数.

采用国际照明委员会CIE(1976)L*a*b*标准色度学系统表征颜色变化，其中：L*为明度色品指数，完全白视为100，完全黑视为0；a*为红绿轴色品指数；b*为黄蓝轴色品指数.用一组L*、a*、b*数据将一种颜色用数字表示出来.a、b值为色坐标值，其中，a为红绿方向颜色变化，+a为向红色方向变化，-a为向绿色方向变化；b为黄蓝方向变化，+b为向黄色方向变化，-b为向蓝色方向变化.图1为数值对应的颜色区间.

颜色总色差：

ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb2)]1/2，

其中：ΔE为色空间中两个颜色的欧几里得距离，ΔE越大表示与对照物颜色差值越大；ΔL、Δa、Δb分别为明度色品指数差、红绿轴色品指数差、黄蓝轴色品指数差.

2 试验结果及分析

在等精度条件下，多次测量取3次测量值的算术平均值.

2.1 诱导剂用量对明度的影响

不同诱导剂用量下的明度变化见图2.由图2可见：当诱导剂用量固定，干燥温度在55～65 ℃时L*大幅提升，说明随着温度的升高L*逐渐增大，但在40～50 ℃时L*变化很小；干燥温度一定，诱导剂用量在0.010 0～0.020 0 g/cm2时L*变化比较明显，说明在板材规格为定值时，随着诱导剂用量的增加L*随之升高，但在0.020 0～0.025 0 g/cm2时L*变化很小，几乎没有明显变化，说明在板材规格为定值.诱导剂用量大于0.020 0 g/cm2后L*趋近某一定值.根据标准偏差公式计算可得L*试验偏差区间为0.01～0.80.设置信度为95%，经检验可知，明度色品指数差均落在置信区间内，数据偏差影响极小，置信度很高，试验数据合理.

2.2 诱导剂用量对红绿轴色品指数的影响

不同诱导剂用量下红绿轴色品指数变化趋势见图3.由图3可见：当诱导剂用量固定，干燥温度在55～65 ℃时，a*逐渐升高且均为负值，说明在此干燥温度下板材颜色偏绿色.干燥温度在40～50 ℃时a*也逐渐升高但均为正值，说明在此干燥温度下板材均偏红色；当干燥温度一定，诱导剂用量在0.010 0～0.015 0 g/cm2时a*逐渐增高，说明在板材规格为定值时，随着诱导剂用量的增加a*也随之升高，但在0.017 5～0.025 0 g/cm2时a*变化很小，说明在板材规格为定值，诱导剂用量大于0.017 5 g/cm2后a*已趋近某一定值[8].根据标准偏差公式计算可得红绿轴色品指数试验偏差区间为0.01～0.08.设置信度为95%，经检验可知，红绿轴色品指数差数据均落在置信区间内，数据偏差影响极小，置信度很高，试验数据合理.

图2不同诱导剂用量下明度色品指数变化趋势Fig.2Variation trend of lightness chromaticity index under different dosages of inducer图3不同诱导剂用量下红绿轴色品指数变化趋势Fig.3Variation trend of chromaticity index of red and green axis under different inducer dosages

2.3 诱导剂用量对黄蓝轴色品指数的影响

不同诱导剂用量下黄蓝轴色品指数变化趋势见图4.由图4可见：当诱导剂用量固定时，随着干燥温度的升高b*逐渐增大，当干燥温度在55～65 ℃时b*增加，但在40～50 ℃变化很小；当干燥温度一定，诱导剂用量在0.0100～0.015 0 g/cm2时b*逐渐增高，说明在板材规格为定值时，随着诱导剂用量的增加b*也随之升高，在0.015 0～0.017 5 g/cm2时b*均下降，当诱导剂用量大于0.017 5 g/cm2、干燥温度在40～60 ℃时b*趋于平稳，65 ℃时诱导剂对b*影响不大.在诱导剂用量大于0.020 0 g/cm2后b*变化量很小，说明在板材规格为定值时，诱导剂用量大于0.020 0 g/cm2后b*已趋近某一定值[9].根据标准偏差公式计算获得黄蓝轴色品指数试验偏差区间为0.01～1.10.设置信度为95%，经检验可知，黄蓝轴色品指数差数据均落在置信区间内，数据偏差影响极小，置信度很高，试验数据合理.

2.4 不同温度、不同诱导剂用量对总色差的影响

总色差变化趋势见图5.由图5可见：干燥温度越高总色差越小，越低总色差越大.诱导剂用量变化会改变总色差.诱导剂用量在0.012 5～0.020 0 g/cm2时总色差变化最为明显，但是不如干燥温度影响明显.因此，在生产中，可以通过控制干燥温度和诱导剂用量控制总色差变化.根据标准偏差公式获得总色差试验偏差区间为0.01～1.50.设置信度为95%，经检验可知，总色差数据均落在置信区间内，数据偏差影响极小，置信度很高，试验数据合理.

图4不同诱导剂用量下黄蓝轴色品指数变化趋势Fig.4Variation trend of chromaticity index of yellow and blue axis under different inducer dosages图5总色差变化趋势Fig.5Change trend of total color difference

2.5 不同温度、不同诱导剂用量柞木表板诱导效果

不同温度不同诱导剂用量下诱导柞木表板效果见图6.由图6可见：干燥温度为40、45、50 ℃时试件颜色比55、60、65 ℃试件颜色深，后3组试件颜色趋近于绿色.分析认为，出现这种诱导效果可能是由于木材中的单宁与铜离子反应出现浅红色，又与其他反应中的绿色沉淀物混合，最终浅红色反应趋于饱和，绿色沉淀增多.另外也可见，干燥温度越高总色差越小，材色越浅[10]；随着诱导剂用量增加颜色逐渐变红.

3 结 论

以诱导剂用量和干燥温度为变量进行单因素试验，研究不同温度和金属离子诱导剂用量对实木复合地板柞木表板颜色的影响.结果显示：诱导剂用量不变，在干燥温度为55～65 ℃时，随着干燥温度的升高，明度色品指数、红绿轴色品指数、黄蓝轴色品指数、光泽度均逐渐增大；干燥温度不变，诱导剂用量在0.010 0～0.015 0 g/cm2时，随着诱导剂用量的增大，总色差、明度色品指数、红绿轴色品指数、黄蓝轴色品指数、光泽度均逐渐增大.若预期获得偏红色板材，可以选择较少的诱导剂用量和较低的干燥温度；预期获得暗绿色板材可以选择较大的诱导剂用量和较高的干燥温度.通过改变干燥温度、诱导剂用量可以控制木材材色，提升木材商业价值.但本次试验对象单一，未来将进一步开展针对不同树种的金属诱导变色研究.