染料紫檀木材研究與應(yīng)用論述

李文珠 趙磊 江文正 鄭峰

摘? 要：文章通過對染料紫檀木材在構(gòu)造特征、化學(xué)性質(zhì)和材質(zhì)改進(jìn)等方面的分析，結(jié)合當(dāng)前染料紫檀木材貿(mào)易和加工利用的最新進(jìn)展，為染料紫檀研究開發(fā)應(yīng)用提供理論參考。并建議從資源保護(hù)和市場規(guī)范等方面入手，加強(qiáng)對染料紫檀木材的科學(xué)認(rèn)識和合理利用，開展加強(qiáng)不同產(chǎn)地染料紫檀材性和加工技術(shù)的研究，提升制品品質(zhì)，合理利用加工剩余物，提高材料綜合利用率。

關(guān)鍵詞：染料紫檀;木材構(gòu)造;化學(xué)性質(zhì);材質(zhì)改進(jìn);論述

Abstract： The structural characteristics， chemical properties， and material improvement of Pterocarpus tinctoricus is analyzed， and based on the progress in the current trading and processing of Pterocarpus tinctoricus products， theoretical guidelines are advanced for the application research and development of Pterocarpus tinctoricus， and its scientific understanding and utilization are also reasonably proposed considering the resource protection and market regulations. In this work， researches are recommended to focus on the properties and processing technologies of Pterocarpus tinctoricus of different places of origin， to make the most of Pterocarpus tinctoricus and its processing residues， thus ensuring comprehensive utilization of Pterocarpus tinctoricus materials and products quality.

引言

目前市場上流通銷售的染料紫檀Pterocarpus tinctorius（俗稱血檀）主要產(chǎn)自贊比亞、莫桑比克、剛果、坦桑尼亞等非洲中南部[1-2]。染料紫檀自2010年開始進(jìn)入中國，經(jīng)歷了價格的巨大波動，這也使得染料紫檀的貿(mào)易受到?jīng)_擊[3]。

染料紫檀歸屬紫檀屬，是非洲熱帶木材，也是變色紫檀的別稱[4]，染料紫檀木材基本符合GB/T 18107-2017《紅木》[5]特征要求，是優(yōu)質(zhì)家具用材。本文通過對染料紫檀木材的構(gòu)造、性能、材質(zhì)改進(jìn)和應(yīng)用等方面的研究概述，為染料紫檀木材的科學(xué)認(rèn)識和合理利用提供理論參考。

1 木材構(gòu)造特征

木材構(gòu)造直接影響木材物理、力學(xué)、化學(xué)、生物和環(huán)境學(xué)等性質(zhì)，要正確識別鑒定木材，從而合理利用木材，首先必須掌握木材的構(gòu)造特征。木材構(gòu)造特征一般分為宏觀構(gòu)造特征和微觀構(gòu)造特征。

1.1 木材宏觀構(gòu)造特征

木材的宏觀特征是識別木材的基礎(chǔ)特征，通過肉眼觀察木材的心邊材、顏色、光澤、紋理、花紋和波痕等特征，采用感官識別獲得氣味、滋味、輕重和軟硬等特征，還可以借助放大鏡觀察生長輪、管孔、木射線和軸向薄壁組織等的形狀和排列特征。

1.1.1 心邊材

染料紫檀木材心邊材顏色區(qū)別明顯，且邊材較心材窄，在加工利用時只取心材部分，邊材俗稱為白邊。對染料紫檀木材的生長、邊心材區(qū)別及轉(zhuǎn)變過程的研究，探索復(fù)雜的生物化學(xué)機(jī)理，可為染料紫檀樹木采伐、樹木生長調(diào)節(jié)、提高木材利用率等提供理論參考。

1.1.2 生長輪

染料紫檀產(chǎn)于全年氣候變化小的熱帶，樹木隨著雨季和旱季交替不間斷生長，因此在一年中可能形成若干個生長輪。通過對染料紫檀木材生長輪的密度[6]、形狀、管孔大小和分布情況等構(gòu)造特征研究，可以獲得樹木年代學(xué)、樹木構(gòu)造與氣候關(guān)系等生物木材學(xué)[7]方面的信息，為木材識別、利用與材性研究等提供理論參考。

1.1.3 輔助宏觀特征

木材的顏色、氣味、光澤、紋理和結(jié)構(gòu)等特征通常變化比較大，在木材識別和加工利用中也常作為重點進(jìn)行研究。

染料紫檀木材心材細(xì)胞壁中含有色素、樹膠和油脂等抽提物[8]，色素使木材呈現(xiàn)的不同顏色，并可提取用作染料，樹膠和油脂常為有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)，使木材散發(fā)氣味。受各種因素的影響，沉積物會發(fā)生變化，新切面木材多為磚紅或鮮紅色，放久后變?yōu)樽霞t或暗紅色。同時染料紫檀木材中組成細(xì)胞形狀、分布和排列等特征，在木材不同樹齡、不同部位和不同切面上表現(xiàn)出不同紋理和結(jié)構(gòu)特征。

通過對不同產(chǎn)地的染料紫檀木材的輔助宏觀特征的比對研究，為準(zhǔn)確進(jìn)行染料紫檀木材鑒別提供資料。同時還可進(jìn)一步對抽提物的提取和組分分析，為合理利用和保護(hù)染料紫檀木材資源提供參考。

1.2 木材微觀構(gòu)造特征

要準(zhǔn)確識別木材還進(jìn)行微觀構(gòu)造特征觀察。顏志成等[9]通過染料紫檀（血檀）的木材名稱、宏觀和微觀構(gòu)造特征、木材性質(zhì)和用途等的分析，指出染料紫檀和檀香紫檀為同屬不同種木材。此外，木纖維的形狀、數(shù)量和分布與木材的力學(xué)性能密切相關(guān)，對染料紫檀木材進(jìn)行分子離析和組織比量研究也很有必要。

1.3 木材構(gòu)造與木材花紋

研究染料紫檀木材花紋形成機(jī)理，選擇鋸切加工方式，利用美學(xué)原理搭配木材花紋，可以充分體現(xiàn)木材的自然美，提高木材利用水平，提升藝術(shù)觀賞價值。

1.4 木材構(gòu)造與材性的關(guān)系

木材是多孔性材料，細(xì)胞腔中沉積物對木材的耐腐性、滲透性和干燥處理也有明顯的影響，木材的構(gòu)造還決定了木材的各向異性。劉嘉慧等[10]對非洲血檀進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，探究熱處理對其尺寸穩(wěn)定性的影響，高溫?zé)崽幚砜梢杂行У亟档湍静奈鼭裥?，提高尺寸穩(wěn)定性，抽提物總量減少。

1.5 木材構(gòu)造與利用的關(guān)系

染料紫檀木材具有深紅至紫紅材色，由生長輪、不同色素、軸向薄壁組織和各種紋理構(gòu)成的木材花紋豐富美觀，木材穩(wěn)定性好、強(qiáng)重比高以及優(yōu)良的環(huán)境學(xué)特性，均符合家具和室內(nèi)裝修要求，制作的深色名貴家具深受青睞。因此研究木材構(gòu)造、物理、力學(xué)、化學(xué)和環(huán)境學(xué)性質(zhì)，根據(jù)適用性合理選用木材具有重要的現(xiàn)實意義[11]。

2 木材化學(xué)性質(zhì)

2.1 木材化學(xué)組分分析

木材的化學(xué)組成、含量和分布決定了木材的化學(xué)性質(zhì)，不同樹種木材化學(xué)成分有顯著差異，特別是木材抽提成分在木材資源利用和木材鑒定上都有重要的意義，可以通過化學(xué)組分分析為木材鑒定提供參考。

劉嘉慧等[12]利用氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）對經(jīng)高溫?zé)崽幚淼男∪~紫檀和非洲血檀的苯醇抽提物進(jìn)行分析，探究熱對尺寸穩(wěn)定性處理和抽提物的影響，兩種木材的總離子流譜圖具有鮮明的特征，可以為鑒別提供依據(jù)。梅萍等[13]也采用氣質(zhì)聯(lián)用GC-MS技術(shù)鑒別檀香紫檀和染料紫檀2種木材，選擇優(yōu)化最佳條件，能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行微損鑒別。陳碧瑩等[14]采用核磁共振氫譜（1HNMR）對染料紫檀（血檀）的甲醇超聲波提取液進(jìn)行檢測分析，并結(jié)合聚類分析法、主成分分析法（PCA）和偏最小二乘判別分析法（PLS-DA）等模式識別方法進(jìn)行快速鑒別。劉波等[15]利用熒光分析法對染料紫檀等6種紫檀屬木材進(jìn)行熒光性能標(biāo)準(zhǔn)化和定量檢測，可以輔助解剖學(xué)識別方法，提高紫檀屬木材的鑒定水平。劉衡等[16]采用熱裂解-氣相色譜-質(zhì)譜（PY-GC-MS）和薄層色譜（TLC）法，鑒別檀香紫檀與染料紫檀，其中低溫快速度裂解鑒別精度高，適用于珍貴文物、高檔家具的鑒定，而TLC用于木材樹種鑒定還需要輔助其他手段。

木材化學(xué)組成還受生態(tài)環(huán)境、樹齡、部位和解剖分子等因素影響，有必要選擇不同產(chǎn)地、不同樹齡、不同部位等染料紫檀木材試樣進(jìn)行研究與分析。

2.2 木材化學(xué)性質(zhì)研究

木材由多種化學(xué)物質(zhì)組成，通過對木材化學(xué)性質(zhì)的研究，運(yùn)用木材化學(xué)理論指導(dǎo)木材的保護(hù)和利用。

2.2.1 木材生物化學(xué)性能

基于木材的生物學(xué)特性，近年來研究者利用DNA方法進(jìn)行木材識別與鑒定[17]，但受木材部位、加工處理和內(nèi)含微生物等的干擾，木材DNA提取非常困難，目前僅處于研究階段。染料紫檀在采伐后主要取用心材部分，邊材部分基本去除了，而心材中的DNA含量少且降解嚴(yán)重，因此DNA方法還不宜采用。

染料紫檀木材心材較邊材耐腐，這可能是心材部分結(jié)構(gòu)致密，且木材中的抽提物對真菌和有害生物具有抵抗作用，具體的原因有待進(jìn)一步研究探討。

2.2.2 木材熱解特性

近年來，在對染料紫檀木材干燥和尺寸穩(wěn)定性處理上有采用煮蠟工藝，需要控制適當(dāng)?shù)臏囟?，防止木材受熱作用后其中的化學(xué)組成發(fā)生變化，從而導(dǎo)致木材的理化性能和機(jī)械強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生分解反應(yīng)。

此外，可通過染料紫檀木材燃燒特性的研究，為開發(fā)木材加工剩余物和木屑等作為生物質(zhì)燃料開發(fā)利用提供理論參考。

2.2.3 木材耐化學(xué)藥物性能

在木材加工利用過程中根據(jù)需要可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇和控制。如高溫高壓下熱水使木材中的乙?；凰馍梢宜?，影響木材的構(gòu)造和性能，在染料紫檀木材干燥工藝中的應(yīng)用值得研究。

2.3 木材化學(xué)組成與材性的關(guān)系

木材化學(xué)組成是影響木材材性的重要因素，不管是組成細(xì)胞壁的三大主要物質(zhì)還是少量的抽提物，都對木材的物理、力學(xué)和生物學(xué)等性能有明顯的影響。

在染料紫檀木材加工利用中發(fā)現(xiàn)心材中抽提物含量高對材質(zhì)均勻性、干燥工藝和切削加工等都有很大影響。

3 材質(zhì)改進(jìn)和木材干燥

染料紫檀木材利用中往往需要密度大、強(qiáng)度高、紋理通直、結(jié)構(gòu)均勻、尺寸穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)材，在實際生產(chǎn)中可以對木材進(jìn)行優(yōu)選和分等，做到優(yōu)材優(yōu)用，材盡其用，提高資源綜合利用率。

3.1 材質(zhì)改進(jìn)

為了更好地保護(hù)染料紫檀木材資源，合理利用，提高家具和制品的品質(zhì)，今后應(yīng)該加強(qiáng)木材改良包括對木材保護(hù)和木材功能化研究和開發(fā)。

3.2 木材干燥

木材干燥是木材資源綜合利用和提高木制品質(zhì)量的關(guān)鍵，對染料紫檀木材干燥理論、技術(shù)和設(shè)備的研究是熱點和難點。

4 染料紫檀木材貿(mào)易與應(yīng)用現(xiàn)狀

霄迪[18]認(rèn)為染料紫檀的木材特征符合紅木中紫檀木類的必備條件，但行業(yè)內(nèi)對其歸屬還存在分歧，有必要進(jìn)行明確。

謝谷[19]指出了染料紫檀從進(jìn)入國內(nèi)開始，就為家具及家具類收藏市場帶來一場真?zhèn)坞y辨的沖擊。染料紫檀制作的家具具備了藏家原本用來確認(rèn)紫檀的一些特征，染料紫檀冒充檀香紫檀的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，需要有科學(xué)的鑒定方法和標(biāo)準(zhǔn)引入市場，規(guī)范市場。

2019年8月在瑞士日內(nèi)瓦召開的《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》（CITES公約）第18屆締約方大會上，將染料紫檀列入附錄Ⅱ的提案獲得會議一致通過，并將在2019年11月26日生效[20]。

5 建議與展望

染料紫檀進(jìn)入中國經(jīng)歷了一些波折，現(xiàn)實也的確存在非法砍伐、市場混亂、鑒別困難等問題，需要在資源保護(hù)和市場規(guī)范等方面入手，加強(qiáng)對染料紫檀木材的科學(xué)認(rèn)識和合理利用。通過對染料紫檀在構(gòu)造、性能、改良及市場貿(mào)易等方面的研究綜述，結(jié)合當(dāng)前染料紫檀加工利用的最新進(jìn)展，建議需要在資源保護(hù)和市場規(guī)范等方面入手，加強(qiáng)對染料紫檀木材的科學(xué)認(rèn)識和合理利用，加強(qiáng)不同產(chǎn)地染料紫檀材性和加工技術(shù)的研究，合理利用加工剩余物，提高材料綜合利用率和制品品質(zhì)。

（1）針對染料紫檀無序砍伐和非法貿(mào)易的情況，我國是CITES公約締約國之一，要在木材貿(mào)易和加工行業(yè)內(nèi)加強(qiáng)CITES公約的宣傳，履行進(jìn)口許可證管理制度，規(guī)避風(fēng)險，避免使用非法來源的染料紫檀，規(guī)范木材貿(mào)易，保護(hù)染料紫檀資源可持續(xù)采伐利用。如浙江省紅木研究會作為專業(yè)性的社會團(tuán)體，其主要任務(wù)就是協(xié)助政府部門加強(qiáng)紅木資源管理，特別是其下設(shè)的染料紫檀研究中心有義務(wù)組織培訓(xùn)，提供信息，指導(dǎo)木材合法貿(mào)易工作，引導(dǎo)自覺履行公約。

（2）染料紫檀依賴非洲進(jìn)口，而非洲原木非法貿(mào)易率高，在全球加強(qiáng)打擊木材非法貿(mào)易的背景下，原木進(jìn)口商要重視原木合法認(rèn)證，逐步建立木材合法論證體系，制訂相關(guān)技術(shù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)以及合格性評定等，保證和提高進(jìn)口染料紫檀原木的質(zhì)量要求。特別是在“一帶一路”政策下，鼓勵企業(yè)適時走出去，到非洲設(shè)立加工廠，建立原材料供應(yīng)基地，穩(wěn)定的原料供應(yīng)鏈，也有利于充分合理地利用木材資源，解決生產(chǎn)與使用之間的矛盾。

（3）目前對染料紫檀的研究主要集中在利用現(xiàn)代分析儀器進(jìn)行化學(xué)檢測分析，為探究科學(xué)、微損、快速的檢測方法提供理論依據(jù)。繼續(xù)加強(qiáng)木材檢驗檢測方法的研究，探索完善現(xiàn)場快速檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)，提升木材樹種鑒別能力。

（4）加強(qiáng)不同產(chǎn)地染料紫檀材性和加工技術(shù)的研究，

提升產(chǎn)品質(zhì)量，并充分利用加工剩余物，提高科技水平和木材綜合利用率和制品品質(zhì)。積極探索開展人工林栽培和天然林修復(fù)，保護(hù)采伐地森林生態(tài)環(huán)境和生物多樣性，為我國木材加工提供可持續(xù)資源。

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