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木材原料变色的类型以及防治的根本途径

责任:优乐国际.时时彩 中国木材行业网  2015-04-21   次

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光化学降解 在引起木材退色、变色的诸多因素中,紫外光与可见光的照射是最主要的,置于日光下的木材,其表面会迅速发生化学降解作用,而使木材表面颜色发生变化。 一、影响光变色的因素 温度: 提高温度可使化学反应加速。因此,提高温度可使光降解和氧化反应。...

光化学降解:在引起木材退色、变色的诸多因素中,紫外光与可见光的照射是最主要的,置于日光下的木材,其表面会迅速发生化学降解作用,而使木材表面颜色发生变化。
 
一、影响光变色的因素
 
1.温度:提高温度可使化学反应加速。因此,提高温度可使光降解和氧化反应加速。水分:一般水作为一种极性溶剂,浸透到木材细胞壁并使其膨胀,加大分子间距离,以利于光透入, 从而产生更多的自由基。当木材含水率由0增加到3.2%时,ESR强度增加;在含水率为6.3%时,自由基浓度达到峰值,含水率再增加时,自由基浓度有所下降。主要原因是,木材中存在过量的水分子可与自由基形成自由基——水络和物, 降低了自由基浓度。
 
2.树种:一般木材的容量越大,其侵蚀率越低。此外,氧、金属离子(尤其是铁离子)、燃料等也可以促进自由基的形成。
style="text-align: left;"> 二、化学试剂引起的变色
 
1.分析:化学试剂导致木材表面颜色变化是木材 颜色变化中重要的一类。


2.特点: 反应快,木材在短时间内变色; 大多出现在加工过程中,或 加工结束后; 受反应条件,如温度、时间和PH等的影响; 反应多发生 在心材。
 
3.化学试剂种类: 过渡金属(如铁离子等)和氧化剂(如KmnO4等); 酸、碱或其他加工过程中的化学助剂。
 
4.变色的化学组分:单宁类、黄 酮类以及木质素和酚类化合物。
 
5.化学试剂变色的机理:
 
木材的抽提物是导致木材变色的重要因素。目前,有关的研究虽较多,但对单一发色化合物的结构、变色机理及对全部树种变色的影响的研究还较少。
 
①单宁类:
 
单宁类由水解类单宁和凝缩类单宁组成。水解类单宁通常是没食子酸及其二聚体(双没食子酸或续花酸)与单糖形成的酯类化合物。这类单宁能被酸和酶水解。凝缩类单宁是儿茶(黄烷-3-醇)衍生物的缩合物,此类单宁不易被酸和酶水解,在稀酸中加热时产生高分子无定形物红粉。
 
单宁的性质:一是具有较强的极性,易溶于热水、乙醇、丙酮和乙酸乙酯;二是能与重金属盐(如醋酸铅、醋酸铜)和碱土金属氢氧化物[如Ca(OH)。〕溶液形成沉淀;三是与过渡金属形成络合物显色,如与FeCl3反应,生成黑或绿色沉淀;四是强还原剂,易在空气中氧化,尤其在酶作用下,形成发色化合物。

②黄酮类和木质素以及酚类:  黄酮类、木质素和酚类是导致木材显色和变色的主要化学成分。这些化合物具有较强还原能力,易被氧化剂氧化,其氧化产物能使木材显色或颜色加深。同时,也易与过渡金属作用而显色。如中野准三的研究证实:木质素等多酚类化合物的主要显色结构为三价铁的络合物、附型结构的邻苯配、对苯醒、附甲基化物,以及共轭的松柏醛和查耳酮结构。  

单宁类、黄酮类以及其他酚类化合物大多存在于心材中。   

 
③铁变色:

这是由F4“离子与木材中的单宁、酚类、黄酮类以及木质素发生化学反应引起木材变色,大多呈灰黑色。在这类变化中,过渡金属铁离子不仅易与多元酚形成金属络合物呈现颜色,而且在铁离子存在下,多元酚更易被氧化,形成单宁铁、阜宁酸铁以及醌类化合物等。过渡金属铜离子也有类似的反应,生成单宁铜或单宁酸铜,使木材呈浅红色变色。

引起这类木材变色的铁离子常来源于木材加工过程,如制材过程的刀锯、人造板生产过程中的热压板,以及工业用水等,都能产生与木材作用的铁离子,使木材变色。但是一般木材的单宁含量较低(1%以下)。只有几种常作为拷胶原料的树种的木材单宁含量较高,一些树种木材的单宁含量如 表3.2所示。

表3.2 一些种类的木材单宁的含量和结构类型:

④影响木材铁变色的因素:

①木材组分。影响铁变色的主要木材组分是单宁,单宁的含量影响木材 色差变化,但是黄酮类、木质素等也对变色过程有影响。 ②铁的浓度。一般木材在铁离子浓度很低时(FeCl3浓度0.5x10-4%),就能产生变色。 ③时间。铁引起变色所需的时间很短,一般 3 min即可变色;着温度升 高,时间就会加快。同时,木材含水率增加,变色加剧。④酸变色。木材的酸变色是酸与木材中的单宁、黄酮类多酚类化合物 发生化学反应所致。经热水浸提过的木材,一般无酸变色反应,因而这一 类变色反应不是由木质素引起的。 酸变色的木材一般呈红色,随着pH值减小,色差值增大。当pH值为 2_5时,木材仅出现轻度变色,通常并不能为肉眼所察觉。此外,含有凝 缩类单宁较多的针叶树村,其变色程度较大,置于暗处的木材酸变色轻微, 光照下不仅加快变色速度,而且色差值增大。⑤碱变色。碱变色是碱性化合物与木材中的少量组分单宁、黄酮类以 及其他酚类化合物反应所致。经热水抽提过的木材,碱变色的反应不明显。 但随pH值增大,颜色加深,并且呈不同颜色,大多呈棕色、红棕色。碱变色通常出现在木制品使用过程中,如木制品与碱性材料接触,在潮湿条件 下,可发生碱变色。

表3.3 若干木材树种对铁、酸、碱变色的状况列于:

⑤微生物的作用:

危害木材的霉菌是属于子囊菌纲与不完全菌纲的真菌。木材上最常见的 有木霉菌、青霉菌、曲霉等。遭到霉菌侵害的木材,可见一片片的黑色和淡 绿色的霉斑。显微镜下观察霉菌对木材纤维结构的危害情形与变色菌相似。

危害木材的变色菌也是属于子羹菌纲与不完全菌纲的真菌。木材变色菌的种类很多,有蓝变色菌、镰刀菌、葡萄抱菌、色串抱菌等。其中以长壳属的真菌危害木材较多。

霉菌和变色菌与侵蚀木材的腐朽菌有所不同,它们寄生于边村的射线薄壁细胞和轴向薄壁细胞中,它们以这些细胞中的营养物为养分而生存和繁殖。、菌丝通过纹孔从一个细胞到另一个细胞。随着其菌丝向四周蔓延并向内部侵人,木材表面或内部的颜色产生变化。由霉菌和变色菌引起的木材材色变化主要发生在边材。变色菌引起木材的变色,因菌种与树种的不同,产生的颜色也不同,所变化的颜色有蓝、青、黄、绿、红、灰、黑色等。如红松的青变色、栎木的绿变色、由青霉菌引起的阔叶材的黄变色、由壳囊抱属引起的松木褐变色等。常常可以用肉眼在木材的材身上或断面上看到比较明显的是蓝变色和青变色(也称为青皮)。

木材变色菌的生长发育,要求木材的含水率在 20%以上,还要有适当的温度、湿度、空气。变色菌生长发育的最适宜温度为23_35℃,在7℃以下或40℃以上时就可以完全停止变色菌的发育。当温度在50_54℃时, 经过较长的时间,就能够杀死变色菌。, 一 4.其他变色 (二)热变色。热变色通常出现于木材干燥过程中。木材的变色固树种和 干燥温度而异,它可以变黄、棕、红、灰等颜色,长期处于高温下的木材可 变成棕褐色。 木材的热变色主要是干燥过程中木材内的水分外移,部分水溶性的抽出物,如酚类、黄酮类化合物随之外移至表面所致,同时在高温下受空气氧化变色。



⑥酶变色的过程

刚采伐的木材,锯解成材后,放置于湿环境中,氧化酶导致木材表面变色。所变颜色固树种不同而异,如冷杉边村变黄,桤木变红棕色,柳杉变黑。含水率和湿度是酶变色的重要影响因素。当环境相对湿度达100%时,木材出现酶变色。温度也影响变色,环境温度在20 t以下时李色缓慢。除上述的各种木材变色外,还有木材的树脂渗出引起的变色等。

三、木材变色的防治方法途径

防止木材变色的根本途径在于:限制外因的产生和存在,除去或封闭木材内部变色成分,改变变色成分结构。对于光变色、酸碱变色、铁变色、酶变色等化学变色的预防,主要是用漆膜涂覆等手段阻断外因,或用溶剂浸泡、化学处理等方法消除或改性木材内部变色成分。对于光变色的预防有:隔断紫外线,改变吸光成分结构,隔绝氧气和捕捉游离基,破坏参与变色的物质结构,去除变色前驱物。对于酶变色的预防,降低酶的活性和隔离氧,如进行酸碱处理调节pH值,通过煮沸、高频加热改变蛋白质性质,用抗氧化剂抑制酚酶活性,水存隔离氧。对于生物变色的预防,改变或破坏适宜微生物或生物生存的温度、湿度、pH值、氧气及营养成分等环境因子,如喷水保存、塑料密封和化学药剂处理。

防止木材变色的理论研究和处理方法较多,但现有防木材变色技术大都不具有永久性效果,有些变色(如蓝变)速度极快,以及处理深度、材性影响、经济成本等问题,限制了实际应用。低毒或无毒、高效、多功能的防变色剂的研制开发仍是预防木材变色的重要研究方向。

防止木材变色的原理是:限制外因的产生和存在,除去或封闭木材内部变色成份,改变变色成份结构。

具体预防措施:

1:对于铁变色、光变色、酸碱变色、酶变色等化学变色的预防,主要是用漆膜涂覆等手段阻断外因,或用溶剂浸泡、化学处理等方法消除或改性木材内部变色成份。

2:对于生物变色的预防,改变或破坏适宜微生物或生物生存的温度、湿度、pH值、氧气及营养成分等环境因子,如喷水保存、塑料密封和化学药剂处理。

3:对于酶变色的预防,降低隔离氧和酶的活性,如进行酸碱处理调节pH值,通过煮沸、高频加热改变蛋白质性质,用抗氧化剂抑制酚酶活性,水存隔离氧。

4:对于光变色的预防有:阻隔紫外线,改变吸光成份结构,阻隔氧气和捕捉游离基,破坏参与变色的物质结构,去除变色前驱物。

有很多关于防止木材变色理论研究和处理方法,但现有防木材变色技术大都不具有永久性效果,有些变色速度极快,以及处理深度、材性影响、经济成本等问题,限制了实际应用。高效、低毒或无毒、多功能的防变色剂的研制开发仍是预防木材变色的重要研究方向。

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