裝飾單板漂白染色的色差調(diào)控

何盛，吳再興，丁永歡，盧曉相，陳玉和*

(1.國家林業(yè)和草原局竹子研究開發(fā)中心，國家林業(yè)和草原局竹家居工程技術(shù)研究中心，浙江省竹子高效加工重點實驗室，杭州 310012； 2.浙江茂友木材股份有限公司，嘉興 314201)

隨著天然大徑級優(yōu)質(zhì)家具用材供應(yīng)的日益減少，裝飾單板貼面(薄木貼面)逐漸成為高檔木質(zhì)家具、地板中常用的裝飾方法[1-2]，而家具、地板等木制品對裝飾單板表面色彩要求越來越高。對色差明顯的裝飾單板，生產(chǎn)企業(yè)通常需人工挑選后進行分級利用，影響裝飾單板利用率和綜合利用價值；因此，合理控制單板色差不僅關(guān)系到木制品的品質(zhì)，同時有助于提高貼面材料利用率和企業(yè)效益。

裝飾單板色差主要源于木材心邊材木質(zhì)素和抽提物(樹脂、樹膠、類黃酮等)含量不同[3-6]。木質(zhì)素和抽提物中的酚類物質(zhì)如類黃酮、芪類化合物、香豆素及其衍生物中含有豐富的發(fā)色基團，使木材心材顏色加深[7]，與邊材形成明顯色差。為減小心邊材之間色差，常用的處理方法包括化學(xué)處理、物理覆蓋和物理化學(xué)結(jié)合三類。其中，化學(xué)處理主要通過化學(xué)藥劑浸提，溶出或降解木材心材中的顯色物質(zhì)，使心材顏色變淺，心邊材顏色差異減小，如木材漂白處理。而物理覆蓋指通過色漆涂刷、膩子修補等方式，使木材心邊材顏色趨于均勻。木材染色是物理化學(xué)結(jié)合的處理方式。通過染料與木材的化學(xué)結(jié)合或物理吸附，使木材具有特定堅牢色澤的同時，降低木材表面色差[8-10]。

針對裝飾單板因色差導(dǎo)致降等，產(chǎn)品附加值降低問題，本研究采用漂白染色處理方法，重點分析不同處理條件下單板色度和色差變化情況，解析漂白染色處理降低單板色差機理，實現(xiàn)在不遮蓋單板紋理條件下，使單板色彩均一化，減小裝飾單板色差，同時賦予單板豐富的色彩，為低等級裝飾單板的高值化利用提供技術(shù)和理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與設(shè)備

裝飾單板：選取白蠟?zāi)?Fraxinuschinensis)、黑胡桃(Juglansnigra)、黃蘋婆(Sterculiaoblonga)、黃楊(Euonymusjaponicus)4個樹種木材的裝飾單板(帶心邊材)作為試驗材料，單板幅面500 mm×200 mm×1.0 mm(長×寬×厚)，含水率8%～12%。

圖1 4個樹種木材刨切裝飾單板Fig.1 Images of decorative veneers of four species

漂白處理液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%的雙氧水溶液，工業(yè)級，購于浙江平湖石化有限責(zé)任公司。配制濃度5～6 g/L雙氧水溶液作為漂白液，添加工業(yè)級NaOH及Na2CO3作為漂白助劑(1～2 g/L)。

染液：配制染液所用染料，購于金華雙宏化工有限公司，工業(yè)級。淺色染色處理時，染液濃度0.05 g/L，深色染色處理時，染液濃度0.80 g/L。添加與染料質(zhì)量比為10%的緩染劑、0.5%的勻染劑、1.0%的滲透劑，并調(diào)節(jié)pH至4.0～6.0。

試驗設(shè)備：1)定制漂白染色裝置。通過電加熱方式自動控制漂白液和染液溫度，利用液體循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)漂白液與染液在裝置內(nèi)的循環(huán)流動。2)美能達CR-10色度儀，用于測試色差調(diào)控處理前后裝飾單板色度值(L*、a*、b*值)。

1.2 試驗方法

單板漂白處理：取4個樹種裝飾單板各9張，浸泡于漂白處理液中。浴比1∶20～25，處理液溫度70～75 ℃，處理時間6～8 h。漂白處理后將單板在清水中漂洗，去除殘余漂白液，在網(wǎng)帶式干燥機中(60 ℃)干燥至含水率8%～12%。

單板染色處理：選擇淺灰色和深褐色兩個目標(biāo)色，配制濃度分別為0.05和0.80 g/L兩種染液；取4個樹種漂白處理后裝飾單板各3張，將單板置于溫度90～95 ℃染液中處理8～10 h，浴比1∶20～25。染色處理后在清水中漂洗，去除單板浮色，在網(wǎng)帶式干燥機中(60 ℃)干燥至含水率8%～12%。

利用色度儀測試處理前后單板的色度值(L*、a*、b*值)，每張單板在心邊材區(qū)域各選3個點進行測試。利用公式(1)計算漂白或染色處理前后板面心邊材區(qū)域的色差值(ΔE)：

(1)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理條件下色差調(diào)控效果分析

4種木材裝飾單板在漂白、淺色和深色染料處理后的色差調(diào)控效果分別如圖2～4所示。從圖中可以看出，3種處理方式對木材本身紋理均無遮蓋效果，不影響其裝飾性。漂白處理對白蠟?zāi)竞秃诤覇伟宓纳罡纳泼黠@，而黃蘋婆和黃楊裝飾單板仍可見較為明顯的色差。相比漂白處理，染色處理特別是深色染料染色處理對4個樹種木材的色差調(diào)控效果均較好，且可賦予單板更豐富的色彩。同時，染色處理后單板色彩均勻，且紋理更清晰，相較漂白處理樣品，滿足家居裝飾對不同色彩裝飾效果的需求。

圖2 單板漂白處理效果Fig.2 Images of decorative veneers after bleaching

圖3 單板淺色染料色差調(diào)控處理效果Fig.3 Images of decorative veneers after light color dyeing

圖4 單板深色染料色差調(diào)控處理效果Fig.4 Images of decorative veneers after dark color dyeing

在地板、家具等產(chǎn)品質(zhì)量檢測過程中，產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求中雖然對色差值未有明確規(guī)定，但要求目測條件下無明顯色差。結(jié)合色差儀與人眼目視結(jié)果，一般認(rèn)為色差ΔE在4.0以上時，屬于有明顯色差，在大部分應(yīng)用中不可接受；在色差范圍2.0～4.0內(nèi)，可滿足特定產(chǎn)品應(yīng)用要求[11]。根據(jù)色差調(diào)控結(jié)果，經(jīng)漂白染色處理后，4個樹種單板色差均小于4.0(表1)，可實現(xiàn)色差過大單板在裝飾貼面過程中的利用，有效提升裝飾單板利用率。

2.2 色差調(diào)控效果統(tǒng)計分析

裝飾單板色差調(diào)控處理前后板面心邊材色差統(tǒng)計分析結(jié)果(表1)顯示，漂白處理對白蠟?zāi)旧钫{(diào)控效果最優(yōu)，黑胡桃次之，而對黃蘋婆和黃楊木材的色差調(diào)控效果不佳。這與漂白處理后單板色差目測結(jié)果一致，說明漂白處理對單板色差調(diào)控效果與樹種有關(guān)。而漂白染色處理對4種木材的色差調(diào)控效果較僅進行漂白處理好，且深色染料染色后色差調(diào)控效果最優(yōu)。這主要是因為深色染料濃度更大，染料在單板表面均勻著色，使單板心材和邊材區(qū)域的色彩一致，實現(xiàn)良好的色差調(diào)控效果。從色差變化趨勢(圖5)同樣可體現(xiàn)不同處理條件下色差調(diào)控效果差異。

表1 裝飾單板色差調(diào)控處理前后心邊材色度及色差統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistic analysis of chromatic aberration for decorative veneers before and after treatment

表1(續(xù))

圖5 不同處理條件下色差變化趨勢Fig.5 Variations of ΔE under different treatments

通過單板色差的方差分析，進一步分析樹種和處理條件對色差調(diào)控效果的影響。方差分析結(jié)果顯示(表2)，樹種對單板色差調(diào)控結(jié)果影響不顯著(P>0.1)，處理條件對色差調(diào)控結(jié)果影響極顯著(P<0.05)，但樹種與處理條件的交互作用對色差調(diào)控結(jié)果影響極顯著(P<0.05)。

表2 方差分析結(jié)果Table 2 ANOVA of chromatic aberration for decorative veneers

通過多重比較進一步分析不同處理條件下單板色差調(diào)控差異。結(jié)果顯示，對照樣與漂白、淺色與深色染料處理樣色差差異明顯，深色染色處理樣與漂白處理樣色差差異明顯，而淺色染料處理樣色差與漂白處理樣、深色染色處理樣色差差異不明顯。不同樹種單板色差調(diào)控效果的多重比較結(jié)果顯示，白蠟?zāi)九c黃蘋婆、黃楊的色差調(diào)控結(jié)果差異明顯。由此說明，雖然樹種對單板色差調(diào)控結(jié)果影響不顯著(表2)，但不同樹種裝飾單板處理效果仍然存在差異。這可能與不同樹種內(nèi)部抽提物成分和含量不同有關(guān)。因此，結(jié)合不同樹種單板色差調(diào)控結(jié)果，針對漂白處理后色差調(diào)控效果不佳的裝飾單板，可通過染色處理方式對單板色差進行進一步調(diào)控，以使其達到理想的色差調(diào)控效果。同時，通過染色處理，可賦予單板更豐富的色彩，改善木材視覺特性，提高其裝飾效果[8-9]。

2.3 色差調(diào)控機理分析

研究表明，木材經(jīng)過漂白處理后，單板內(nèi)部木質(zhì)素苯環(huán)上1 464，1 509 cm-1吸收峰消失，1 429 cm-1處吸收峰減弱，說明漂白處理將使木質(zhì)素產(chǎn)生降解，含量降低[13-14]。漂白處理液中NaOH及Na2CO3漂白助劑的添加，可進一步加快木質(zhì)素和抽提物中芳香環(huán)類物質(zhì)降解，芳香環(huán)類物質(zhì)在1 595 cm-1處特征吸收峰明顯減弱[15]。同時，通過溶脹無定形區(qū)內(nèi)低聚合度的纖維素和半纖維素，可有效提高木材滲透性，溶解抽提出木材中致變色物質(zhì)[16]。漂白處理前后色度測試結(jié)果顯示，漂白處理后，單板明度提升，紅綠指數(shù)和黃藍指數(shù)下降，這主要與處理材中木質(zhì)素和抽提物的含量降低有關(guān)。從心邊材色度差異看，白蠟?zāi)?、黑胡桃和黃蘋婆單板心邊材明度差異減小，這對于單板色差調(diào)控具有積極作用。而黃楊單板在漂白處理后，心邊材明度差異并未減小(圖6)，這可能與黃楊木材結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。黃楊木結(jié)構(gòu)細(xì)、管孔小，液體滲透性能不佳[17]，影響處理效果。

圖6 不同處理條件下單板明度變化趨勢Fig.6 The variations of lightness factors under different treatments

紅綠指數(shù)變化趨勢圖(圖7)顯示，白蠟?zāi)竞忘S蘋婆單板在漂白處理后紅綠指數(shù)下降最為明顯，且心邊材差異小。從木材結(jié)構(gòu)特征看，白蠟?zāi)緦侪h(huán)孔材，管孔多且孔徑大[18]，利于處理液在單板內(nèi)部滲透，心材內(nèi)含物在漂白處理過程中去除效果好，心邊材色度差異減小。而黃蘋婆木材心邊材區(qū)別并不明顯，且密度略小(0.35～0.56 g/cm3)，結(jié)構(gòu)略粗[19]，木材液體滲透性較好，處理后色度均勻。黑胡桃和黃楊木材處理后紅綠指數(shù)下降相對較小，且心邊材差異相對較大。這主要與木材心邊材液體滲透性差異有關(guān)。在黃藍指數(shù)變化方面，漂白處理后單板黃藍指數(shù)均呈現(xiàn)明顯下降趨勢，除黃蘋婆單板外，其他木材單板心邊材黃藍指數(shù)差異均顯著降低。研究表明，木材抽提物中類黃酮物質(zhì)含量降低使木材黃藍指數(shù)降低[3]。而漂白處理使木材內(nèi)含物含量降低，這是處理后單板黃藍指數(shù)下降的主要原因。心材內(nèi)含物含量降低，使心邊材色度差異相應(yīng)減小。黃蘋婆木材心、邊材區(qū)別不明顯。邊材呈淺黃色至灰白色，心材呈桃褐色至淺褐色。在處理過程中，心邊材材色從淺黃色或淺褐色向白灰色轉(zhuǎn)變，其黃藍指數(shù)下降。但其豐富的射線和軸向薄壁組織，使木材切面呈現(xiàn)虎斑花紋[19]，其組織結(jié)構(gòu)的不均勻?qū)е履静拇嬖谏炔町悺?/p>

圖7 不同處理條件下紅綠指數(shù)變化趨勢Fig.7 The variations of the redness factors under different treatments

圖8 不同處理條件下黃藍指數(shù)變化趨勢Fig.8 The variations of yellowness factors under different treatments

單板經(jīng)漂白處理后色差明顯下降，且通過后期的染色處理可進一步減小色差。本研究所采用的酸性染料含有大量的羧基、羥基和磺酸基，能通過物理吸附或化學(xué)結(jié)合方式使木材著色[8,20]。其中，漂白處理后的單板整體色度均勻，色彩偏淡。通過染色處理過程中的均勻著色，對單板底色形成良好的覆蓋，特別是采用深色染料處理，可在不遮蓋木材紋理的同時，賦予木材單板特定的色彩，改善其裝飾效果。從色差調(diào)控效果看(圖5)，對于心邊材差異明顯的裝飾單板，通過漂白染色處理，均可使其色差調(diào)控至理想范圍，從而有利于實現(xiàn)低質(zhì)裝飾單板的高值化利用。

3 結(jié) 論

基于木材的漂白染色處理，對裝飾單板進行了色差調(diào)控，并分析了色差調(diào)控機理，得到以下結(jié)論：

1)漂白處理對白蠟?zāi)尽⒑诤业纳钫{(diào)控效果較好，經(jīng)處理后白蠟?zāi)旧顝?.80降至0.74，黑胡桃從11.51降至2.97。淺色與深色染料染色處理對4個樹種木材均有良好的色差調(diào)控效果(色差小于4.0)。其中，深色染料處理效果最佳，可達到地板、家具等產(chǎn)品對裝飾單板色差要求。

2)方差分析和多重比較結(jié)果顯示，樹種對單板色差調(diào)控結(jié)果影響不顯著(P<0.1)，而處理條件、樹種與處理條件的交互作用對色差調(diào)控結(jié)果影響極顯著(P<0.05)，對照樣與漂白、淺色與深色染料染色后單板色差差異明顯，淺色染料染色與漂白處理樣和深色染色處理樣色差差異不明顯。

3)漂白染色處理對單板色差調(diào)控主要基于漂白處理過程中對木質(zhì)素和內(nèi)含物中發(fā)色基團的降解，以及染色過程中染料對單板底色形成良好的覆蓋。在后續(xù)研究中需結(jié)合漂白染色過程中木材主要發(fā)色物質(zhì)的定量分析，同時綜合考慮處理過程中木材的結(jié)構(gòu)變化對液體滲透性和染料上染速率影響因素，進而全面解析色差調(diào)控機理。