重組竹漂白工藝的初步研究

柴 媛，李賢軍

（中南林業(yè)科技大學(xué) 材料學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

重組竹漂白工藝的初步研究

柴 媛，李賢軍

（中南林業(yè)科技大學(xué) 材料學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

分別研究了漂白液濃度、漂白溫度、漂白時(shí)間以及浴比4個(gè)因素對(duì)重組竹漂白的影響，然后優(yōu)化漂白工藝參數(shù)。結(jié)果表明：在相同條件下，重組竹漂白效果隨著過(guò)氧化氫濃度的升高而增加，其后趨于平穩(wěn)；隨著溫度的升高而增加，但是溫度超過(guò)80 ℃后，漂白效果有下降的趨勢(shì)；隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,浴比對(duì)漂白效果的影響不大，只要漂白液完全浸潤(rùn)竹束即可達(dá)到漂白要求。在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，確定重組竹漂白工藝適宜的工藝參數(shù)為：漂白溫度70 ℃、漂白液濃度6%、漂白時(shí)間120 min、浴比20∶1。

重組竹；漂白；過(guò)氧化氫；白度；色差

重組竹又稱(chēng)重竹，是一種將竹材重新組織并加以強(qiáng)化成型的一種竹質(zhì)新材料，也就是將竹材加工成長(zhǎng)條狀竹篾、竹絲或碾碎成竹絲束，經(jīng)干燥后浸膠，再干燥到要求含水率，然后鋪放在模具中，經(jīng)高溫高壓熱固化而成的型材[1]。國(guó)外對(duì)重組竹的研究相對(duì)較少，主要集中在亞洲一些國(guó)家[2-3]，印度作為第二大竹材資源國(guó)，印度政府非常重視竹材加工產(chǎn)業(yè)，己經(jīng)開(kāi)始著手進(jìn)行重組竹材的研發(fā)工作[4]；日本京都大學(xué)的Naresworo Nugroho和Naoto Ando Ando[5-6]也做了大量關(guān)于重組竹材的實(shí)驗(yàn)。在國(guó)內(nèi)，張文福等[7]對(duì)重組竹的組坯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；李琴等[8-9]也相繼開(kāi)展了多項(xiàng)重組竹材的課題研究。重組竹材與木材相比具有更優(yōu)良的物理力學(xué)性能，可以滿足國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)對(duì)該項(xiàng)產(chǎn)品的需求[10]。

對(duì)重組竹進(jìn)行漂白處理，不僅可以提高重組竹的表面美觀度，使竹束顏色達(dá)到均一，不易返黃，而且在漂白的過(guò)程中，竹單元材料中的糖分、蛋白質(zhì)等被浸提出來(lái)，減少菌蟲(chóng)賴以生存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因而不會(huì)產(chǎn)生第二次霉變，有效提高了重組竹的防腐和防霉的性能[11-12]。由于對(duì)竹材漂白的研究相對(duì)木材較少，大多都是借鑒木材漂白和制漿造紙漂白工藝[13]。喻新平等[14]用雙氧水對(duì)竹材進(jìn)行漂白工藝研究，通過(guò)各因素對(duì)白度的影響，確定出最佳的竹材漂白工藝；黃衛(wèi)文等人[15]對(duì)竹席的漂白工藝進(jìn)行了研究，結(jié)果表明過(guò)氧化氫的漂白效果最佳，并最終確定了竹席漂白的最佳工藝參數(shù)以及工業(yè)漂白方案；王家麗[16]介紹了目前常用的竹材漂白方法，并制定出竹材漂白工藝流程；李延軍等人[17]對(duì)刨切薄竹的漂白工藝進(jìn)行研究，得出過(guò)氧化氫對(duì)刨切薄竹的漂白效果最好并優(yōu)化了漂白工藝；孫潤(rùn)鶴等人[17]通過(guò)高溫?zé)崽幚韺?duì)竹束顏色進(jìn)行了研究。

本次設(shè)計(jì)就針對(duì)常用的過(guò)氧化氫漂白劑，研究包括溫度、時(shí)間、濃度等因素的變化對(duì)重組竹漂白效果的影響，通過(guò)研究漂白前后對(duì)白度和色度等數(shù)據(jù)的影響，最后確定較理想的漂白工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

壓制好的竹束條若干，尺寸100 mm ×10 mm；漂白劑，30%過(guò)氧化氫。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

主要有：電熱恒溫水浴鍋、干燥箱、電子天平、白度儀（YQ-Z-48B）、 色差計(jì)(WSC-S)等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

實(shí)驗(yàn)流程：竹束截?cái)唷袷Q(chēng)重→溶液配比→漂白試驗(yàn)→水洗和干燥→粉碎和篩選→竹粉干燥→測(cè)量→試驗(yàn)結(jié)果分析→漂白工藝優(yōu)化。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：選取漂白液濃度為2%、4%、6%、8%，漂白溫度為30、50、70、90 ℃，漂白時(shí)間為30、60 、90 、120 min，浴比為15︰1、20︰ 1、25︰1、30︰1，此4個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

白度測(cè)定：將漂白后所得的竹束用清水洗凈，然后將試件放入干燥箱中干燥至絕干后，利用植物粉碎機(jī)打碎成粉，并用100目土壤篩篩分，將竹粉按編號(hào)裝在貼有標(biāo)簽的培養(yǎng)皿中，利用白度儀測(cè)量白度值，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

色度指標(biāo)測(cè)量：將竹束干燥至絕干后，用植物粉碎機(jī)打碎成粉并用土壤篩篩分，按編號(hào)放入培養(yǎng)皿中進(jìn)行色差指標(biāo)測(cè)定。最后根據(jù)色差公式計(jì)算色差、明度、紅綠、黃藍(lán)指標(biāo)：

式中：△E為色差；△L*為明度差異；△a*為紅/綠差異；△b*為黃/藍(lán)差異；L*樣品為樣品的明度；L*標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)的明度；a*樣品為樣品的紅/綠指數(shù)；a*標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)的紅/綠指數(shù)；b*樣品為樣品的黃/藍(lán)指數(shù)；b*標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)的黃/藍(lán)指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 漂白液濃度對(duì)漂白效果的影響

本實(shí)驗(yàn)在溫度70 ℃、時(shí)間60 min、浴比25︰1的共同條件下，選用了2%、4%、6%、8% 4個(gè)不同水平進(jìn)行試驗(yàn)，圖1表示不同濃度漂白白度增加曲線，圖2表示不同濃度漂白色差變化曲線，圖3表示不同濃度漂白色度指標(biāo)變化曲線。

圖1 不同濃度漂白白度增加曲線Fig.1 Effect of whiteness on bleaching concentration

圖2 不同濃度漂白色差變化曲線Fig.2 Effect of aberration on bleaching concentration

圖3 不同濃度漂白色度指標(biāo)變化曲線Fig.3 Effects of colour on bleaching concentration

根據(jù)圖1和圖2可以看出，在過(guò)氧化氫濃度低于6%時(shí)，隨著濃度的增加，白度和色差增加非常明顯；當(dāng)濃度超過(guò)6%之后，白度和色差增加值基本沒(méi)有什么變化。結(jié)果表明，氧化劑濃度過(guò)大會(huì)造成竹纖維受到破壞，出現(xiàn)表面起毛、機(jī)械強(qiáng)度下降等現(xiàn)象，同時(shí)為了節(jié)約雙氧水用量，降低成本，雙氧水濃度取6%～8%即可滿足工業(yè)漂白要求。

竹束的明度變化和色差保持了一致性，隨著過(guò)氧化氫濃度的增加，△L*不斷增大，表明明度不斷增大，顏色趨向于偏白；△a*為負(fù)值，表明竹束顏色偏綠(少紅)。從圖3可以看出，隨著過(guò)氧化氫濃度的增加，△a*不斷增大，顏色更趨向于偏綠，△b*為正值，顏色偏黃(少藍(lán))，且隨著濃度的增加而增大到某一極值后又隨著濃度的增加而降低，說(shuō)明顏色隨著過(guò)氧化氫濃度的增加由趨向偏黃再到趨向偏藍(lán)的轉(zhuǎn)變。

2.2 漂白溫度對(duì)漂白效果的影響

本實(shí)驗(yàn)在時(shí)間60 min、浴比25︰1、濃度6%的共同條件下，選用了30、50、70、90℃4個(gè)不同水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖4表示不同溫度漂白白度增加曲線，圖5表示不同溫度漂白色差變化曲線，圖6表示不同溫度漂白色度指標(biāo)變化曲線。

圖4 不同溫度漂白白度增加曲線Fig.4 Effect of whiteness on bleaching temperature

圖5 不同溫度漂白色差變化曲線Fig.5 Effect of aberration on bleaching temperature

圖6 不同溫度漂白色度指標(biāo)變化曲線Fig.6 Effects of colour on bleaching temperature

根據(jù)圖4可以看出，溫度從30 ℃到75 ℃時(shí)，隨著漂白液溫度的升高，竹束白度明顯增加，在這個(gè)范圍內(nèi)，曲線斜率比較大，說(shuō)明溫度對(duì)竹束白度的影響較大；但是溫度升高至80 ℃左右后，竹束的白度有下降的趨勢(shì)。

通過(guò)圖5可以看出：在30～70 ℃范圍，隨著溫度的升高，色差值不斷的變大，說(shuō)明隨著溫度的升高漂白效果越好，超過(guò)70 ℃后色差有所下降，可能是由于溫度過(guò)高，造成雙氧水降解和竹束中木素的改性，被氧化成帶色基團(tuán)所致。

通過(guò)圖6可以得到：△L*隨著溫度的升高而增大，到達(dá)70 ℃之后明度有下降的趨勢(shì)，△a*為負(fù)值，說(shuō)明漂白后顏色偏綠，且在30～70℃的區(qū)間內(nèi)隨著溫度的升高不斷增加，△b*先隨著溫度的升高而不斷的增加，到某一極值后開(kāi)始隨著溫度的升高而下降，竹束在90 ℃偏藍(lán)程度最大，50 ℃偏黃程度最大。

2.3 漂白時(shí)間對(duì)漂白效果的影響

本次實(shí)驗(yàn)在濃度為6%、浴比為25︰1、溫度70 ℃的條件下，選用了30、60、90、120 min 4個(gè)不同水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖7表示不同漂白時(shí)間白度增加曲線，圖8表示不同時(shí)間漂白色差變化曲線，圖9表示不同時(shí)間漂白色度指標(biāo)變化曲線。

圖7 不同處理時(shí)間漂白白度增加曲線Fig.7 Effect of whiteness on bleaching time

圖8 不同處理時(shí)間漂白色差變化曲線Fig.8 Effect of aberration on bleaching time

圖9 不同處理時(shí)間漂白色度指標(biāo)變化曲線Fig.9 Effects of colour on bleaching time

通過(guò)圖7可以看出：大約在100 min之內(nèi)，隨著時(shí)間的增加，白度值不斷的增加，其后，處理時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)竹束白度增加不顯著。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，漂白時(shí)間對(duì)生產(chǎn)周期和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益有很重要的影響，而且生產(chǎn)中并不是白度越高越好，試驗(yàn)結(jié)果表明：漂白時(shí)間在90 min到100 min即可滿足漂白要求。

圖8表示：隨著漂白處理時(shí)間的增加，色差值不斷的變大，說(shuō)明漂白時(shí)間越長(zhǎng)，漂白效果越好，在實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期，時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，一般100 min左右就可達(dá)到漂白的要求了。

由圖9可得，隨著漂白處理時(shí)間的增加，明度不斷增加，漂白后，△a*＜0，竹束顏色偏綠，△b*＞0，竹束顏色偏黃，且隨著時(shí)間增加，顏色程度更趨向偏綠(少紅)，偏藍(lán)(少黃)。漂白時(shí)間60 min的時(shí)候偏黃程度最大，120 min的時(shí)候偏綠程度最大。

2.4 浴比對(duì)漂白效果的影響

本次實(shí)驗(yàn)在濃度為6%、時(shí)間為60 min、溫度70 ℃的條件下，分別選用了15︰1、20︰1、25︰1、30︰1 這4個(gè)不同水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖10表示不同浴比漂白白度增加曲線，圖11表示不同浴比漂白色差變化曲線，圖12表示不同浴比漂白色度指標(biāo)變化曲線。

圖10 不同浴比漂白白度增加曲線Fig.10 Effect of whiteness on ration of bleaching solution

圖11 不同浴比漂白色差變化曲線Fig.11 Effect of aberration on ration of bleaching solution

圖12 不同浴比漂白色度指標(biāo)變化曲線Fig.12 Effects of colour on ration of bleaching solution

根據(jù)圖10分析：浴比從15︰1到20︰1對(duì)白度影響不大，隨著浴比增加到25︰1，白度有一定的增加，但是增加不顯著。一般來(lái)說(shuō)，漂白液充分浸潤(rùn)竹束即可，但是漂白液不能太少，太少竹束浸泡的不充分，影響漂白效果。

由圖11可以看出：隨著浴比的增加，色差略微有些增加，浴比從15︰1到20︰1，色差幾乎沒(méi)變化，浴比從20︰1到25︰1色差有一定的增加，浴比從25︰1到30︰1色差幾乎沒(méi)變化。試驗(yàn)表明：浴比對(duì)竹束的漂白影響不大，只要漂白時(shí)漂白液充分浸潤(rùn)竹束即可。

根據(jù)圖12可以得出：隨著浴比的增大，明度變化不大，略微有些增加，△a*逐漸變小，竹束顏色趨向于偏綠；△b*不斷變小，竹束顏色由偏黃到偏藍(lán)。

3 結(jié) 論

（1）在一定的濃度范圍內(nèi)，竹束白度隨著漂白液的濃度增加而增加，濃度低于2%時(shí)漂白效果差，濃度超過(guò)4%時(shí)增加不明顯，所以從經(jīng)濟(jì)效率考慮，生產(chǎn)上4%～6%的濃度即可滿足漂白需求。

（2）隨著溫度的升高，漂白效果越好，漂白反應(yīng)越快，但溫度過(guò)高反而影響漂白效果。從經(jīng)濟(jì)效益上考慮，生產(chǎn)上溫度在60～70 ℃即可滿足漂白需求。

（3）在一定時(shí)間范圍內(nèi)，漂白處理時(shí)間越長(zhǎng)，漂白效果越好，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)白度增加不顯著，而且影響生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，90 min即可達(dá)到漂白要求。

（4）通過(guò)對(duì)不同浴比對(duì)漂白效果的影響分析發(fā)現(xiàn)，浴比的大小對(duì)漂白效果影響不大，一般來(lái)說(shuō)，漂白液充分浸潤(rùn)竹束即可，但是漂白液不可過(guò)少，過(guò)少竹束浸泡不充分，影響漂白效果，過(guò)多則會(huì)造成浪費(fèi)。

（5）漂白后對(duì)紅綠指標(biāo)的影響：漂白后竹束顏色偏綠，且隨著各個(gè)因素水平的增高而更趨向于偏綠色，最后趨于平穩(wěn)。漂白后對(duì)竹束黃藍(lán)指標(biāo)的影響：漂白后顏色偏藍(lán)，且竹束顏色隨著各個(gè)因素水平的升高從偏黃色趨向于偏藍(lán)色，最后趨于平穩(wěn)。

（6）綜合直觀分析和方差分析，各因素中漂白溫度和漂白時(shí)間對(duì)漂白效果影響最大，濃度其次，浴比對(duì)漂白效果影響最小。最終可以確定理想的重組竹漂白工藝是：漂白液溫度為70 ℃，時(shí)間為120 min，漂白液濃度為6%，浴比為20︰1。

[1] 張彬淵.重組竹—可持續(xù)發(fā)展的家具優(yōu)質(zhì)新材料[J].家具,2008,3(164):64-66.

[2] 張方文,于文吉.木/竹重組結(jié)構(gòu)材料研究與發(fā)展[J].林產(chǎn)工業(yè), 2008,35(1):7-12.

[3] Sibusawa T, Kim J. Board made of Bamboo[M]. Ken shu, 1998:20-21.

[4] 記 者.印度政府開(kāi)始重視竹材加工業(yè)[J].中國(guó)林業(yè)信息,2008, 6(4):9.

[5] Naresworo Nugroho, Naoto Ando. Development of structural composite products made from bamboo I: fundamental properties of bamboo zephyr board[J]. Journal of Wood Science, 2000, 46:68-74.

[6] Naresworo Nugroho, Naoto Ando. Development of structural composite products made from bamboo II: fundamental properties of bamboo zephyr board[J]. Journal of Wood Science,2001, 47: 237-242.

[7] 張文福,王 戈,程海濤,等.組坯結(jié)構(gòu)對(duì)竹束單板層壓板物理力學(xué)性能的影響[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2012, 32(2):147-150

[8] 李 琴,汪奎宏,華錫奇,等.重組竹生產(chǎn)工藝的初步研究[J].人造板通訊, 2001,(7):6-9.

[9] 李 琴,汪奎宏,楊偉明,等.重組竹材膠合板制造技術(shù)的研究[J].竹子研究會(huì)刊,2003, 22(4):56-60.

[10] Ahmad M, Kamke F A. Analysis of Calcutta bamboo for structural composite materials: physical and mechanical properties[J]. Wood Science and Technology, 2005, 39: 448-459.

[11] 芶筱輝,張習(xí)清.竹材的漂白和上香研究[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),1988, 7(4):69-77.

[12] 徐鳳明.竹材漂白技術(shù)試驗(yàn)報(bào)告[J].四川林業(yè)科技,1992,13(3): 71-72.

[13] 馬躍明,袁曉庚,吳 蕓.木材漂白藥劑的選擇及應(yīng)用[J].林業(yè)科技,2001,26(1):50-51.

[14] 喻新平,周森林,伍令宇.竹材漂白試驗(yàn)[J].岳陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993,6(2):31-35.

[15] 黃衛(wèi)文,李文斌.竹席的漂白新工藝及其反應(yīng)機(jī)理的研究[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào),1994,14(1):24-28．

[16] 王家麗.竹材漂白工藝[J].林產(chǎn)工業(yè),1991,18(5):27-29．

[17] 李延軍,毛勝鳳,鮑賓福,等.刨切薄竹漂白工藝研究[J].林產(chǎn)工業(yè),2007,34(2):25-27.

[18] 孫潤(rùn)鶴,劉 元,李賢軍,等.高溫?zé)崽幚韺?duì)竹束顏色和平衡含水率的影響[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2012,32(9):138-141.

Preliminary study on bleaching techniques of recombined bamboo

CHAI Yuan, LI Xian-jun
(School of Material Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

The effects of bleaching conditions, including bleaching concentration, bleaching temperature, bleaching time and the ration of bleaching solution on bamboo bleaching were investigated. It was showed that under the same bleaching conditions, the bleaching effects fi rst increased with the increase of bleaching concentration, bleaching temperature and bleaching time, thereafter tended to be steady; the effects raised with the increase of bleaching temperature but when the temperature surpassed 80℃, the effects fell slightly;with the bleaching temperature prolonged, the effects went up; the bath ratio had little effect on the bleaching effect, as long as the bamboo bundles were inf i ltrated within the bleach liquid, the effects could meet bleaching requirements. Finally, the optimal bleaching conditions is achieved as follows: the bleaching temperature 70℃, the concentration 6%, the time 120 min and the ration of bleaching solution 20︰1.

recombined bamboo; bleaching; peroxide; whiteness; color

S718.9；TQ351

A

1673-923X(2014)01-0120-05

2013-06-10

湖南省重大科技專(zhuān)項(xiàng)“竹材深加工關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2011FJ1006）

柴 媛（1990-），女，內(nèi)蒙古人，碩士研究生，研究方向：木材干燥與木材改性；E-mail：570547424@qq.com

李賢軍（1969-），男，湖南常德人，教授，博士，主要從事生物質(zhì)復(fù)合材料方面的研究；E-mail：lxjmu@163.com

[本文編校：謝榮秀]