木材改性-第二章(木材材色处理)

第二章木材材色处理1、颜色的三属性由物体发射、反射或透过的光波通过视觉所产生的印象称为颜色。（1）色相(H)，又称色调，是彩色彼此相互区分的特性；（2）明度(V)，人眼对物体的明暗感觉；（3）彩度(C)，又称饱和度或纯度，是指颜色的纯洁程度，可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色，其彩度为100％。2.1概述分子结构的某些基团吸收某种波长的光，而不吸收另外波长的光，从而使人觉得好像这一物质“发出颜色”似的，因此把这些基团称为发色基团，如乙烯基(RCH=CHR)、羰(C=O)、苯环、邻醌、二芳环、对醌等基团分子中本身不吸收辐射而能使分子中生色基团的吸收峰向长波长移动并增强其强度的基团，称为助色基团如羟基、胺基和卤素等。助色团可以分为两类：酸性助色团：-COOH,-OH,-SO3H碱性助色团：-NHR,-NR2,-NH2木材的颜色木材作为天然高分子有机物，其主要成分为纤维素、半纤维素、木质素等。它们不仅含有羰基、不饱和双键以及共轭体系等发色基团，而且还含有羟基等助色基团。这些存在于木质素结构以及少量组分黄酮、木酚素、芪（qi）类结构中的发色基团和助色基团的有机结合，使木材呈现出丰富多彩的颜色。1、木材颜色的产生：（1）木素基本结构单元是苯丙烷，单体之间以醚键(-C-O-C-)和碳—碳键(-C-C-)连接。针叶树材木素的基本结构单体是由三个发色基团组成的，而其中的共轭双键结构的发色基团中的π电子具有很大活性，跃迁时所需要的激发能量小。吸收光谱的波长可从紫外光区移到可见光区，而呈现颜色。2.2木材的颜色与变色1、木材颜色的产生：（2）木材抽提物不同树种其抽提物的成分和数量不同，同一树种，同一株树木的不同部位(心材和边材)抽提物的成分和含量也有很大的差别。抽提物中的酚类物质(如：黄酮类，芪，木素酚，单宁和醌类)和色素能够吸收500nm以上的光，从而使木材产生颜色。2.2木材的颜色与变色2、木材的变色：（1）木材的变色因素①内部因素组成木材的天然高分子化合物中不仅含有羰基、羧基、不饱和双键以及共轭体系等发色基团，而且含有羟基等助色基团。这些基团主要存在于木质素结构以及少量组分黄酮、木素酚、芪类结构中。2.2木材的颜色与变色2、木材的变色：（1）木材的变色因素②外部因素（外界环境因素）微生物作用。日光照射。化学试剂作用。温度和湿度变化。木材变色的类型木材的变色：（2）木材变色的类型①木材的物理变色A、热变色：通常出现于木材干燥过程中。因树种和干燥温度而异，可呈黄、棕、红、灰等颜色，长期处于高温下的木材会呈棕褐色。木材的热变色主要是干燥过程中木材内的饿水分外移，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2.2木材的颜色与变色泡桐红变2.2木材的颜色与变色热变色B、光化学降解：光变色是木材中某些物质（木素和抽出物）选择吸收了波长大于290nm的光，发生能级之间电子的变迁，从而形成光变色的化学键，导致木材颜色的改变。②木材的化学变色A、铁变色：由于木材中的酚类物质与铁接触，发生了化学反应生成黑色化合物而导致的材色污染。主要发生在含酚类成分多的心材部位，多呈小斑点状或丝状，边材部少见。木材加工和使用中的铁变色(1)单板生产。蒸煮软化木材时，热水中的铁离子渗入木材，并与木材组分发生反应导致原木横断面和裂缝处的材色常呈黑色。2.2木材的颜色与变色(2)胶合板生产。胶合板热压时胶层中蒸发的水分与热压板接触，可以生成铁离子，当这些铁离子随水移动到胶合板表面时，板面会发生铁变色。(3)原木锯解。新伐原木在用带锯锯解时，传送木材用的跑车、辊简大多由钢铁制成，成材与之接触，材面会出现铁变色。(4)其他木材加工。人工干燥窑有的由铁制壳体构成，当锯材窑干时有干燥窑顶滴落到锯材材面的凝结水．含有铁离子也会使材面变色。家具涂饰之前，若采用含有氧化铁的红色物质填缝，材面亦会变黑。C、碱变色：碱变色是碱性化合物与木材反应产生的变色，这种变色在木制品使用过程中出现的几率要比加工过程多得多。2.2木材的颜色与变色B、酸变色：木材内酚类成分与酸性物质及空气中的氧作用，发生氧化反应会变成红色，多在木材表面大片发生。③木材的微生物变色A、菌变色引起木材变色的微生物主要有霉菌、变色菌和木腐菌三类。B、酶变色树木中各种各样的酶参与了多种新陈代谢活动，采伐后的木材中某些酶仍很活跃，在锯解成材或旋切单板之后，当湿的材面与空气中的氧气接触时，氧化酶导致木材表面变色。2.2木材的颜色与变色槭木微生物变色（水线）④木材的生理性变色(一)树脂渗出变色当木材内的树脂渗析到木材表面时、材面发生变色，常见于装饰用单板、未经充分干燥的成材家具。（含树脂的针叶材）(二)活立木变色由管胞或导管内的有机物或无机物的沉积引起的色斑污迹，以及昆虫危害致使木质部受伤，而后又产生一种愈合组织深褐色的髓斑等。这些物质在锯材或单板表面会以色斑形式出现，按照组成色斑成分可以分为：硅化合物、草酸钙和碳酸钙、异黄酮、非瑟酮、矿物质变色或条斑木材脱色方法的确定找到变色的原因即可找到消除的方法当原因不明时，可用各种清楚方法试验提取变色物质破坏引起变色的物质和结构改变物质结构1、光变色的防止（1）物理方法采用色漆或清漆覆盖木材表面，形成一个薄膜层，可有效防止日光照射，避免自由基降解反应发生，同时，无孔隙的薄膜能阻止外界水分的渗入，也可提高木材的尺寸稳定性。2.3木材变色的防治1、光变色的防止（2）化学方法①隔断紫外光(UV)用能够吸收紫外光的物质即紫外吸收剂-(无色或浅黄色)涂覆于木材表面。特点：紫外吸收剂能吸收400nm以下的光，使部分结构发生改变，但能以热的形式释放所吸收的能量，从而恢复其原有结构。2.3木材变色的防治②改变木材中羰基的吸光性，破坏参与变色的物质结构，使之不能吸收光能。③预先涂布逐渐分解褐变的先导物质（聚乙二醇），以分解有色物质，有效抑制白色材、漂白材的褐变。④防止木材变色的化学物质与防腐剂、防水剂、染色剂配合使用，以提高对紫外线吸收的阻止能力。⑤木材的染色。2、热变色的防止木材在干燥前涂覆亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、尿素等试剂，可有效防止热变色。（有机溶剂或热水处理）锯解后的湿锯材应立即干燥，干燥条件应为温度50℃，直至木材含水率达到纤维饱和点。在材堆中放入足够的垫条有利于通风和降低木材的湿度。对于已变色的木材，刨切变色层（或采用漂白剂），热变色只限于表面3、铁变色的消除对于较小的变色面积，利用刨床或砂磨机磨削去除。对于较大面积且有一定深度的铁变色，需用化学试剂去除。化学试剂：草酸﹥次磷酸﹥亚磷酸﹥焦磷酸木制品生产加工中：壁面铁与木材接触；尽可能避免水与铁接触4、酸变色防治充分水洗或添加磷酸氢二钠。对于表层变色可用刨切或磨砂的方法去除。5、微生物变色的防止（1）材面防腐处理为了防止木材由于微生物侵害而导致变色，拟采用涂覆、喷淋、浸泡或加压浸注等手段，将防腐剂或防霉剂附着在木材材面上，药剂应是低毒、色浅并具有良好的渗透性。木材锯解后应尽快进行防腐处理。（2）抑制微生物的生长为了有效地抑制微生物的生长而采取的措施：湿木材宜置于通风良好易干之处存放。为避免与空气中的氧气接触，木材可存贮于水下或用水定期喷淋。（3）阻碍微生物的渗透将木材端面涂覆能够阻碍微生物的渗透。喷涂防腐剂的办法也十分有效。在喷涂防腐剂之后再涂以聚氨基甲酸乙酯型弹性涂料最为有效。6、微生物变色的消除霉菌引起的污迹可由刨削或用漂白剂涂覆的办法去除。用漂白剂涂覆污迹或将木材浸泡于漂白剂溶液中的方法十分有效。2.4木材漂白木材的色泽不够均匀，贮存加工过程中产生的变色、污染使其在家具、装修等方面的应用受到很大限制。材色是评价木材质量并决定其价值的重要指标之一。1、漂白作用漂白是氧化或还原反应在木材材面的应用。木材漂白是将木材中的发色基团或助色基团及与着色有关的组成成分，经漂白剂的氧化、还原、降解破坏以达到脱色目的。漂白后白度增加，明度也提高。2、漂白剂漂白剂可分为氧化型漂白剂和还原型漂白剂两类（1）氧化型漂白剂①过氧化氢(H2O2)H2O2是—O—O—键起氧化作用，它的还原产物是H2O。H2O2=H++HO2-；生成的过羟基离子(HO2-)起漂白作用（影响因素？）；无效分解反应：2HO2-——O2+2OH-2、漂白剂（1）氧化型漂白剂②亚氯酸钠(NaClO2)亚氯酸钠在弱酸性介质中发生分解反应：NaClO2+H+(弱酸)一HClO2+弱酸钠盐HClO2可破坏木材中的发色基团；亚氯酸盐还原的中间阶段能生成HCIO，而次氯酸又能与亚氯酸反应生成二氧化氯(C1O2)，二氧化氯具有漂白作用。2、漂白剂（1）氧化型漂白剂③次氯酸钠(NaClO)次氯酸盐溶液的化学组成与体系的pH值有极大关系，当pH超过9.5时，溶液中有足够的次氯酸根离子(C1O-)存在；Cl2：1/2Cl2+e=Cl-+1.35VHCIO：H++HCIO+2e=H2O+Cl-+1.5VOCl-：H2O+OCl-+2e=Cl-+2OH-+0.94V2、漂白剂（1）还原型漂白剂这类漂白剂能使木材中处于氧化态的有色物质或发色基团还原转化为无色结构。①亚硫酸氢钠(NaHSO3)：NaHSO3=Na+2HSO3=H++SO32-—+SO42-反应中所产生H+能将木材中的发色基团还原成无色结构或浅色结构，如将发色基团醌基还原成氢醌，将木素中不饱和醛基或酮基还原成醇基，使木材漂白。2、漂白剂②草酸(H2C2O4)H2C2O4一2H++2CO2+2e-反应中产生的H+离子能将木材中的发色基团还原成无色结构和浅色结构，从而起到漂白木材的作用。3、漂白助剂若漂白剂获适度的活性仍不能有满意的漂白效果，则可添加活性化助剂；若漂白剂的活性过强，则漂白剂的无效分解剧烈，不仅损失了漂白剂，而且强烈的氧化会导致木材组分的降解和破坏使材质下降，则必须加适量的抑制化助剂（稳定剂）。硅酸钠、焦磷酸钠，硫酸镁等能抑制漂白剂的无效分解，羧甲基纤维素（CMC)能使漂白液黏性增加。4、检测方法：以白度值表征木材漂白剂的漂白效果，采用白度仪进行测试。4、木材漂白的影响因素树种不同树种的木材，对漂白剂的适应性也不相同；pH值是影响木材漂白的重要因素。漂白过程中根据处理材的颜色及脱色的难易程度，控制漂白液的pH则可控制氧化剂的分解速度；温度对漂白作用影响很大，高温使漂白速度加快，使漂白效果提高；时间漂白白度与时间密切相关，还与温度有相互作用；助剂混合漂白剂漂白容易过氧化氢浓度2.5木材染色木材染色是采用物理或化学方法调节材色深浅、改变木材颜色及防止木材变色的加工技术。改善木材的视觉特性和装饰性能，染色加工的木材和单板可用于建筑、室内装修与家具生产，是人造装饰薄木、工艺品及体育器材的原料。木材是一种不均质的毛细孔材料，由纤维素、半纤维素和木质素组成，木纤维中含有丰富的亲水性基团如羟基（-OH）、羧基（--COOH）等原子团。染料随水溶液通过木材毛细管通道，透过木细胞壁扩散后，沉降在纤维表面上，使得木材染色。木材染色原理木材染色效果是以染着率、均染性、水洗牢度和日晒牢度等指标来衡量，除受染料、助剂、染液的pH值和染色工艺的影响外，还受木材的树种、组织结构和化学成分的影响。到达度上染百分率：纤维上染料数量占投入的染料总量的百分率染料浓度检测仪器木材渗透性与木材染色有着密切的关系，特别对木材内部染色的影响更大。一般情况下，木材本身渗透性高则其染料在木材内部的渗透性就好。我国主要木材树种的渗透性可以分为以下四级：1．最难渗透树种针叶材树种：落叶松、柔毛冷杉、油杉、粗云杉、鱼鳞云杉。阔叶材树种：刺槐、槲栎、檫木、苦槠、核桃楸、柞木、拷木。染料在木材中的移动和渗透2．较难渗透树种针叶材树种：臭冷杉、杉木、华山松、麦吊云杉、红皮云杉、红松。阔叶材树种：香樟、甜储、铁储、臭椿、色木、黄菠萝。3．易