全 文 ：第 27 卷　增刊
2005 年 9月
北　京　林　业　大　学　学　报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol.27　Supp.
Sep., 2005
收稿日期:2005--06--27
http: journal.bjfu.edu.cn
基金项目:北京市重点基金项目(SYS100220426).
第一作者:高建民 ,博士 ,副教授.主要研究方向:木材科学与技术.电话:010--62338138　Email:gaojm@bjfu.edu.cn　地址:100083北京林业
大学材料科学与技术学院.
三角枫在高温汽蒸条件下的诱发变色
高建民　张璧光　常建民
(北京林业大学材料科学与技术学院)
摘要:三角枫是一种易变色的木材 , 其变色在干燥过程中不易预防;若能在干燥过程中通过诱发变色使三角枫得到
更为理想的颜色 ,可使三角枫获得更为广阔的应用前景.该文通过对三角枫在高温(96 ～ 99℃)汽蒸条件下诱发变
色视觉物理参数以及红外光谱和扫描电镜的分析 ,得出了三角枫在高温汽蒸条件下颜色的变化趋势和诱发变色机
理.结果表明 ,三角枫在高温汽蒸条件下的诱发变色是可行的 ,在诱发变色过程中木材颜色变化趋势是红色和红褐
色.三角枫在高温汽蒸条件下诱发变色机理为:①高温汽蒸加速了三角枫中多元酚类物质以及无色花色素和单宁
等氧化反应 ,使三角枫发生红色变色;②三角枫经高温汽蒸处理 , 羟基经氧化转化为羰基 、羧基 、酯基和酮基等 , 使
木材的颜色发生变化.
关键词:三角枫 , 高温汽蒸 , 诱发变色
中图分类号:S781.4　　文献标识码:A　　文章编号:1000--1522(2005)增刊--0056--05
GAO Jian_min;ZHANG Bi_guang;CHANG Jian_min.Induced discoloration of Buerger maple in high
temperature steaming.Journal of Beijing Forestry University (2005)25(Supp.)56--60[Ch ,16 ref.] College
of Material Science and Technology , Beijing Forestry University , 100083 , P.R.China.
Buerger maple (Liquidambar formosana Hance)is a kind of wood that is easily discolored.This paper
tries to obtain a satisfactory color in the utilization of Buerger maple by induced discoloration.The authors
analyze the variation tendency of wood color and the mechanism of induced discoloration of Buerger maple
based on the analysis of visual physical parameters , the infrared spectrum (IRS)and the scanning electron
microscope(SEM)in high temperature (96-99℃)steaming.The results show that it is feasible to induce
discoloration in the high temperature steaming.The wood color tends to be red and fuscous during inducing
discoloration of Buerger maple.The mechanisms of induced discoloration are:1)the high temperature steaming
accelerates the oxidation reaction of polyphenol , leuco-fancy pigment and tannin , which changes the wood color
to red;2)the hydroxy (—OH)is oxidized and transmitted to the carbonyl(—C O), carboxyl(—COOH),
ester , ketone , etc.during the high temperature steaming treatment , and the discoloration occurs.
Key words　Buerger maple , high temperature steaming , induced discoloration
　　目前 ,国内外极少有木材诱发变色方面的研究
报导.东北林业大学李坚等[ 1] 就东北红豆杉 、臭松和
水曲柳等 8个树种进行了“加热处理对不同树种材
色的影响”的研究 ,认为加热温度和加热时间对木材
材色的变化具有一定影响 ,其中加热温度的作用更
为明显;日本的森田慎一等[ 2] 对日本柳杉和佛吉尼
亚栎等树种进行了高压蒸汽着色方面的研究;日本
的松山将壮等[ 3] 在木材的变色与调色方面进行了一
定的研究;美国的 Charrier B[ 4] 研究了栎木变色的机
理;瑞典的 M.Sshlstedt-Persson[ 5] 研究了松树和云杉
的汁液和热抽提物的颜色反应 ,认为实木的颜色变
化是由于树脂和抽提物的结构发生变化而引起的;
新西兰的 M.McCurdy 等[ 6] 研究了辐射松边材单板
在不同干燥基准下的颜色变化 ,结果表明温度和时
间是高温干燥过程中控制变色的主要因素;韩国的
H.Yeo[ 7]研究了温度和含水率对枫木单板干燥过程
中颜色的影响.这些研究为木材诱发变色的研究提
供了技术支持.我国优质木材资源日益减少 ,充分利
用有限的木材资源 、预防产生加工缺陷和提高木材
的品质变得越来越重要.木材诱发变色是实现模拟
DOI :10.13332/j.1000-1522.2005.s1.013
珍贵木材的一项实用技术 ,对提高木材的品质和高
效利用木材资源具有重要理论意义和实用价值.
三角枫(Liquidambar formosana Hance),属金缕
梅科枫香属 ,为南方天然速生树种 ,木材结构细 ,乳
白色 ,有光泽 ,纹理美观.但由于易变色和易腐朽等
固有的缺陷 ,至今未能被充分利用.由于干燥介质的
相对湿度在 50%时 ,三角枫已开始变色;所以在干
燥过程中预防三角枫的变色比较困难.若能在干燥
过程中通过诱发变色使三角枫得到更为理想的颜
色 ,可使三角枫获得更为广阔的应用前景.
1　试材与方法
1.1　试　材
试材取自广东罗定市扶合镇和广西贺洲 ,采伐后
制成长为1m 左右 ,直径为 30 ～ 35 cm的木段 ,两端用
石蜡密封 ,运至北京林业大学 ,储存于冰柜中备用.
三角枫材性测试参照国家标准《木材物理力学
试材锯解及试样截取方法》GB T1929-1991 规定进
行 ,测试结果见表 1.
表 1　三角枫基本材性测定结果
TABLE 1　The results of basic properties of L.formosana
树种 试验次数 试件数量 基本密度 (g·cm-3)
气干密度
(g·cm-3)
全干缩系数
弦向 径向 体积 差异干缩
三角枫(广东) 2 60 0.563 0.652 0.393 0.166 0.546 2.367
三角枫(广西) 2 60 0.546 0.638 0.365 0.183 0.538 1.995
1.2　实验设备
主要实验设备与装置有:101C-1B 型电热鼓风
干燥箱 、302A型调温调湿箱 、TC-PⅡG 全自动测色
色差计 、电子天平 、日立 S--520扫描电子显微镜 、伯
乐FTS-20型红外光谱仪以及高温汽蒸试验装置等.
其中高温汽蒸试验装置是自行设计和制作的试验装
置 ,见图 1.
1温度计　2排气孔　3木材试样　4入水口　5浴水 ,
6温度调控器　7电源　8电加热炉　9水位计　10隔网
图 1　高温汽蒸试验装置
FIGURE 1　The experimental device of high temperature steaming
1.3　实验方案
从干燥中三角枫的变色过程发现 ,三角枫的变
色主要发生在干燥初期的预热阶段;三角枫变色的
主要原因是高温和高湿使水溶性变色原物质(即多
元酚类物质以及无色花色素和单宁等)的溶解 、扩散
和氧化反应.因此 ,采用高温汽蒸预处理来实现三角
枫的诱发变色 ,温度应控制在 96 ～ 99℃范围内.
实验方案如下:①迅速将三角枫木材制成规格
为200 mm×40 mm×20 mm 的试样 ,放入恒温的冰
柜中保存备用.将制备好的试件进行称重 ,选择一面
为测试面 ,标出 3个测点并测定色差和视觉物理参
数值;实验分 6组进行 ,每组 3块试样;将准备好的
试样放入高温汽蒸实验装置内 ,每小时测视觉物理
参数和重量一次 ,当连续 2次的测量中 ,平均色差和
重量无变化时 ,终止实验过程;②根据实验结果进行
总体色差和视觉物理参数分析;③将高温汽蒸条件
下变色试样与 40℃条件下未变色试样的红外光谱
进行对比分析;④对高温汽蒸条件下变色试样进行
扫描电镜观察.
2　结果与分析
2.1　变色总体色差分析
三角枫在高温汽蒸条件下诱发变色过程中总体
色差随时间的变化过程见图 2.
图 2　高温汽蒸条件下三角枫的诱发变色过程
FIGURE 2　The induced discoloring process of
L.formosana in high temperature steaming
由图 2 可知:①三角枫在高温(96 ～ 99℃)汽蒸
条件下诱发变色过程中 ,色差值增大的速度很快 ,最
大色差变化值接近 20 ,色差变化曲线波动较小.②
变色均匀悦目 ,木材表面深红色 ,内部浅红色.这说
明高温汽蒸处理对三角枫具有较理想的诱发变色效
果.主要原因是高温汽蒸加速了水溶性变色原物质
57增刊 高建民等:三角枫在高温汽蒸条件下的诱发变色
(主要指多元酚类物质以及无色花色素和单宁等)的
扩散和氧化反应.
2.2　变色视觉物理参数分析
2.2.1　视觉物理参数
在实验过程中采用 1976 年国际照明委员会
CIE(L＊a＊b＊)标准色度学表征系统 ,对三角枫诱发
变色过程中颜色的变化进行精确定量表征.主要视
觉物理参数是:L ＊ 、a＊ 、b＊和 Ag＊.
L
＊:明度 ,完全白的物体视为 100 ,完全黑的物
体视为0;
a
＊:红绿轴色度指数 ,正值越大表示颜色越偏
向红色 ,负值越大表示越偏向绿色;
b
＊:黄蓝轴色度指数 ,正值越大表示颜色越偏
向黄色 ,负值越大表示越偏向蓝色;
Ag
＊:色调角 , Ag＊=arctan(b＊ a＊).
2.2.2　结果与分析
三角枫在高温汽蒸条件下诱发变色过程中视觉
物理量参数(L ＊ 、a＊ 、b＊)与色调角 Ag ＊值的测试
与计算结果见表 2.同时绘制出诱发变色过程中明
度 L ＊随时间变化曲线图(图 3),以及色调角 Ag＊分
别随红绿轴色品指数 a＊和黄蓝轴色品指数 b＊的
变化趋势图(图4).
表 2　三角枫在高温汽蒸条件下视觉物理参数随时间的变化
TABLE 2　The change of visual physical parameters of L.formosana with time in high temperature steaming
时间 h L ＊ a＊ b ＊ Ag ＊ ΔL ＊ Δa ＊ Δb＊ ΔAg ＊
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
79.78
61.82
61.67
61.43
60.07
59.01
57.72
56.05
55.13
53.54
53.42
53.36
53.12
10.78
9.9
9.82
9.14
10.16
10.28
10.62
10.93
11.65
11.12
11.65
11.69
12.26
28.6
13.99
13.08
12.88
12.8
12.89
12.66
12.72
12.16
11.96
11.77
11.77
11.71
69.38
54.74
53.13
54.67
51.59
51.45
50.03
49.35
46.25
47.11
45.32
45.22
43.71
-17.96
-0.15
-0.24
-1.36
-1.06
-1.29
-1.67
-0.92
-1.59
-0.12
-0.06
-0.24
-0.88
-0.08
-0.68
1.02
0.12
0.34
0.31
0.72
-0.53
0.53
0.04
0.57
-14.61
-0.91
-0.2
-0.08
0.09
-0.23
0.06
-0.56
-0.2
-0.19
0
-0.06
-14.64
-1.61
1.54
-3.08
-0.13
-1.42
-0.68
-3.10
0.86
-1.79
-0.10
-1.51
图 4　三角枫在高温汽蒸条件下 Ag＊随 a ＊和 b＊的变化趋势
FIGURE 4　The change tendency of Ag ＊ of L.formosana with a ＊ and b ＊ in high temperature steaming
图 3　三角枫在高温汽蒸条件下 L ＊随时间的变化曲线
FIGURE 3　The change of L ＊ of L.formosana with time
in high temperature steaming
　　分析表 2和图 3 、4可知:①诱发变色过程中的
明度 L＊随时间的延长而降低 ,变化趋势明显 ,说明
诱发变色的颜色变化趋势是向深色方向发展;②红
绿轴色品指数 a＊ 随时间有增加趋势 ,说明诱发变
色的颜色变化趋势向红色方向发展;红绿轴色度指
数 b＊随时间有较大幅度减小 ,说明诱发变色的颜
色变化趋势向深色方向发展;色调角 Ag ＊随着 a＊
的增大而明显减小 ,说明诱发变色的颜色变化趋势
向红色方向发展;而色调角 Ag ＊随着 b＊的增加而
58 北　京　林　业　大　学　学　报 第 27卷　
明显增大 ,说明诱发变色的颜色变化趋势向深色方
向发展.这说明三角枫高温汽蒸条件下诱发变色过
程中 ,木材颜色总的变化趋势是向红色和深色方向
发展.③三角枫木材经高温汽蒸条件下诱发变色
后 ,主要视觉物理参数的数值为:L ＊ =53.12 , a＊
=12.26 , b＊ =11.71 , Ag＊ =43.71;与色木视觉物
理参数的数值(L ＊ = 69.5 , a＊ = 10.93 ,b＊ =
10.09 , Ag＊ =42.72)比较接近.说明三角枫木材经
高温汽蒸条件下的诱发变色 ,使木材的颜色接近色
木的颜色.
2.3　变色红外光谱分析
图 7　三角枫变色试样扫描电镜图
FIGURE 7　The scanning electron microscope(SEM)picture of discolored L.formosana sample
分别取高温汽蒸条件下诱发变色试样与 40℃
条件下未变色试样 ,研磨成200目木粉 ,经低温真空
干燥后 ,进行红外光谱分析 ,结果见图 5 、6.
图 5　在 t=40℃条件下三角枫红外线光谱
FIGURE 5　The infrared spectrum (IRS)of
L.formosana at 40℃
图5与图 6比较 ,光谱图中的吸收峰的差异比
较大 ,变化范围在 1 000 ～ 1 750 cm-1 ,1 005 ～ 1 150
cm
-1羟基吸收峰减小 , 1 740 cm-1处的非共轭羟基
吸收峰有一定的减小;而 1 700 cm-1处的羰基和羧
基的吸收峰有比较明显的增大 ,1 220 cm-1处酯基和
图 6　高温汽蒸汽条件下三角枫外线光谱
FIGURE 6　The infrared spectrum (IRS)of L.formosana
in high temperature steaming
酮基的吸收峰有一定的增大.因此 ,可以确定:①三
角枫诱发变色后在可见光区对光的吸收峰发生变
化 ,使三角枫的颜色发生变化 ,这是三角枫在高温汽
蒸条件下变色的主要原因之一;②三角枫在高温汽
蒸条件下的诱发过程中 ,功能基团发生了变化 ,主要
是羟基经氧化而转化为羰基 、羧基 、酯基和酮基等.
这一研究结果对三角枫在干燥过程中诱发变色的研
究具有重要意义.
2.4　三角枫在高温汽蒸条件下诱发变色扫描电镜
观察
通过对三角枫诱发变色的电镜观察来判断三角
枫有无被真菌感染.
取诱发变色的三角枫试样 ,切成 5mm×5 mm×
2 mm小试样 ,放在干燥器内干燥.将干燥好的试样
的观察面再次切削 ,对观察面作表面镀膜处理 ,在扫
描电子显微镜下观察 ,结果见图 7.
从图 7可以看出 ,三角枫在高温(96 ～ 99℃)汽
蒸条件下的诱发变色过程中未受真菌感染.
59增刊 高建民等:三角枫在高温汽蒸条件下的诱发变色
3　结　　论
1)三角枫在高温汽蒸条件下的诱发变色是可行
的 ,诱发变色使三角枫木材颜色的变化趋势向红色
和红褐色方向发展.诱发变色的结果使三角枫获得
了均匀悦目的红色 ,木材的颜色接近色木的颜色.
2)三角枫在高温汽蒸条件下诱发变色机理为:
①高温(96 ～ 99℃)汽蒸加速了三角枫木材中水
溶性变色原物质(主要指多元酚类物质以及无色花
色素和单宁等)的溶解 、扩散和氧化反应 ,使三角枫
发生了红色至红褐色的变色.
②三角枫在高温汽蒸条件下的诱发变色过程
中 ,官能团中的羟基经氧化而转化为羰基 、羧基 、酯
基和酮基等官能团 ,使三角枫在可见光区对光的吸
收峰发生变化 ,木材的颜色加深.
3)三角枫在高温汽蒸条件下的诱发变色过程中
未受真菌感染.
4)三角枫采伐后应迅速用高温(96 ～ 99℃)汽蒸
进行诱发变色处理 ,再进行干燥 ,可获得均匀悦目的
红色至红褐色的变色.
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(责任编辑　李文军)
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