全 文 ：第 28 卷 第 4 期
加 0 年 7 月
东 北 林 业 大 学 学 报
JO U R N A L O F N O R T H E A S T F O R E S T R Y U N IV E R S IT Y
V o l
.
28 N o
.
4
J U I
.
20《刃
铁杉的防变色及干燥
杨文斌
(
郑德勇 陈 瀚
福建林学院 , 3 5 3 0 0 1)
摘 要 铁杉是一种优 良的针叶材 。 它纹理细致 . 材 色漂亮。 但是 , 经常由于干燥或保管不善而导致铁杉材
面发生蓝变或红变 。 我们通过一来列的氧化一还原反应 . 来除去蓝变或红变 。
一
_ 关键词 铁衫 ; 变色二 干燥
分类号 5 78 1 . 7 1
rP
e ve nt i o n fr o m D i sc o lo u r i n g a nd Dr 外n g o f T s l l g a / Y a n g W e n b in . Z he ng D e y o ng , C he n H an (F uj ian C o lle g e o f
F o r e s t尽 , N an P in g 3 5300 1 . P . R . hC i n a) / /J o ur an l o f N o r t he a s t F o r e s t尽 U n iv e r s ity 一 2《XX) . 2 8(4 )一 9 1 一 94
T s u ga 15 a if n e k in d o f s o ft w o do
.
It h a s e lo sde
一
g r a in a n d be
a ut ifu l e o l o ur
.
B u t i t us au l ly s ta in s w he n i t 15
s t o r e d o r d r ie d
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B y us in g a s e r ie s o f o x id a t i o n
一 r e d u ct i o n t he b lue an d re d s t a i n s on T s u g a we re
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de
u Ce d
.
K e y w o r d s T s u g a : D i s e o l o u r : D r y i n g
铁杉 ( 几 u g a) 属于松科 , 是一种珍贵而稀有的
针叶材 〔 ” 、 、 木材黄白到浅黄褐色 , 微红 , 光泽
差 , 纹理颇直 , 细胞结构中而均匀 , 密度轻至中 ,
质软 , 强度及冲击韧性中 。 原木可做纸浆 、 地板及
家具 。 树皮为浸提丹宁的原料 。 但铁杉在存贮 、 干
燥 、 加工过程中经常由于保存不善而发生变色 , 轻
则影响产品外观 , 重则使产品报废 , 失去使用价
值 、 观赏价值及经济效益 。
为了提高铁杉的使用及观赏价值和经济效益 ,
我们针对铁杉的变色及防止铁杉的变色进行系列 、
初步的试验 。
1 试验材料仪器
1
.
1 木材试样的规格及制备
规格 : 长 x 宽 x 厚 = 200 m m x 1 00 m m
x 20 m m 的铁杉材 , 置于冷水中浸泡 3 个月 , 中间
不换水 , 取出时大部分铁杉试样表面出现蓝变及一
些腐朽变色 。 取出试材 , 置于大气中干 2 周左右 ,
气干含水率 30 % 上下 。 在普通木工刨床去表面 1 一
2 In m
。
1
.
2 提取物试样
1
.
2
.
1 冷水提取物
第 l 作者简介 : 杨文斌 . 男 19“ 年 8 月生 , 福建林学院林产
工业系 , 讲师
收稿日期 : 20 0 年 2 月 14 日
责任编辑 : 戴芳天 。
取铁杉材试样处理所余下的冷水液体 。 此液嗅
之略带酸味 , 颜色呈淡黄色 , 测定其 p H 值为 6 一
7
。 取 80 m L 经真空旋转蒸发器 , 在真空度为
一 9 0 . 7 一 9 3 . 9 k P a 、 水浴温度为 7 5 一 80 ℃ 时浓
缩得 4 0 m L 的铁杉冷水浓缩液 。
1
.
2
.
2 有机溶剂提取刨花
由制作 1 . 1试样时经普通木工刨床得到的刨花
长 度 约 10 一 20 m m , 厚 度 约 0 . 3 m m , 宽 度 约
5 m m
。 称取 60 9 , 共 3 份 , 放入 3 个大烧杯中 . 杯
中分别加入 :a 甲醇 ( C H 3O H ) , :b 甲醇与 1% 氢氧
化纳 ( N a O H ) 按体积比 ( l : l ) , e : 甲醇与 5% 的
碳酸 ( N a Z C O 3 )按体积比 ( l : l ) 。 把 a 、 b 、 e 3 组
试剂分别加入 3个大烧杯中 , 直至药液浸没刨花 ,
加盖 。 48 h 后 , 倒出浸提液 , 并清洗刨花 。
表 1 试验药品
序号 品名 分子式 等级 外观
1 氢氧化纳 N a O H 分杆禅屯 白色颗粒状晶体
2 亚硫酸纳 N aZ S 0 3 分杆禅屯 白色粉末
3 碳酸钠 N aZ C o 3 分析纯 白色粉末
4 过氧化氢 H 20 2 分杆衫屯 无色液体
5 乙醚 分杆禅屯 无色液体
6 正丁醇 分析纯 无色液体
7 甲醇 分榨屯 无色液体
8 乙二酸 分析纯 无色液体
9 平平加 分析纯 无色液体
10 肥皂 分杆禅屯 乳浊液
DOI : 10. 13759 /j . cnki . dlxb. 2000. 04. 025
东 北 林 业 大 学 学 报 第 28 卷
表 2 仪器用品
名称 型 号 产地
真空旋转蒸发器
真空泵
恒温水浴锅
分光仪
普通木工刨床
温度湿干燥箱
分液漏斗
大烧杯
筛网
毛刷
上海
Z XZ一 4型旋片真空泵 上海
2 铁杉变色的原因分析
2
.
2 蓝变原因分析
在取出 1 . 1号试样时观察铁杉材表面已经发生
蓝变 , 为点状蓝变斑 。 在干燥过程中 , 由记录显
示 : 起初的蓝变随含水率的降低而呈现针点状析出
到表面上 , 且颜色较低深 ; 当含水率到达 20 % 左右
时随含水率的降低蓝变颜色慢慢变浅 。 据有关资料
记载 , 环烯醚菇贰类物质是使木材变暗变黑的主要
成分 〔礴 ’ 。 环烯醚菇贰类大多溶于水和乙醇 , 难溶
于非极性有机溶剂 , 能与酸类 、 胺类呈各种颜色 。
它对酸敏感 , 贰键多为酸水解断裂 , 所得贰元因具
有半缩醛的结构性质活泼 , 容易进一步发生氧化 、
聚合 , 且水解条件 (温度 、 湿度 ) 不同产生不同颜
色的沉淀。
在 3 . 1试验中得到的水相与丁醇相的萃取液中
都带有不同的颜色 , 透光值分别为 67 、 20 、 其中丁
醇相为蓝色 。 由此 , 可较清楚地得知铁杉中蓝变原
因之一是由于环烯醚菇类物质在酸性作用下产生的
暗色沉淀集聚在材表处所致 。
2
.
1 初步干燥试验及红变原因分析
铁杉木材试样未经任何处理 , 随机选取 4 组进
行干燥 (见表 3) 。
表 3 干燥温湿度
3 铁杉防变色及变色原因探讨
组号 干球温度 / ℃ 湿球温度 / ℃ 湿度 %
6 8
.
7
6 8
.
7
5 7
.
7
4 2
.
7
5 7
.
4 0
2 2
.
5 8
6 0
.
0
6 0
.
0
3 5
.
0
3 0
.
0
2 0
.
0 0
18
.
0 0
3
.
1 对冷水提取物的分析及试验
铁杉材中含有较多的酚类 、 菇类与弱酸类物
质 , 这些物质对菌类有一定的抑杀力 。 但同时也由
于这些物质的相互作用使铁杉呈不同的变色 。 为了
解铁杉材抽提物在木材变色中所起的作用 , 进行如
下试验 。
试样为 1 . 2 . 1的冷水提取物 , 实醚龄吉果见表 4 。
在实验中通过调整湿度来观察红变 。 据记录显
示 : 在干燥过程中起初试样的早晚材出现差异 , 试
材出红色斑纹 , 并随含水率的增大而明显 ; 含水率
在 20 % 左右时红斑慢慢消退 。 据记载 , 红变是由于
木材中所含酚类物质在酸作用下而发生的 〔 2 ’ 。 铁
杉材中含有大量的 : 铁杉 内脂 , 这是一种酚类物
质 〔 ’ 〕 。 而铁杉材略带酸性 , 其冷水浸提液的 p H
值为 6 一 7 。 在干燥过程中 , 这些酸性物质随水分
移动聚集到木材表面上 , 与木材表面的酚类物质发
生了氧化反应 : 酚 <02 > 酉昆, 导致铁杉材表面呈现
红色斑纹状 。 铁杉材遇酸而呈红色这一事实与后来
用乙二酸来处理木材后材色变成粉红色的实验结果
相符 。 因此 , 可以初步判定铁杉材红变主要是酸的
作用而导致的 。
浓缩液 ( 10 0m l )
乙醚相 甲醇一水相 水相 丁醇组
A B C D
图 1 冷水提取物试验方案线路图
A
、
B
、
C
、
D 4 组溶液按极性从弱一强的
顺序排列 , 取 A 、 B 、 C 、 D 试样分别添加入试
剂为 : l %N a O H , 5%N a Z SO 3 , l% N a O H + 平平加
与 50 ℃水浴处理 , 对经处理后的试样与未经处理试
样测定透光值以观察添加试剂后试样的颜色变化程
度 。
第 4期 杨文斌等 :铁杉的防变色及干燥
l % Na O H
、
5 % Na
ZS 03
、
l % Na 0 H+ 平 平 加 、
l % Na 0 H+ 肥皂 、5 0℃水浴 、 H C3 0 H中浸泡
1 0
、
20
、
40 h
。 结果见表 6。
表 6木块浸泡试验记录
1 % Na O H
+ 平平加
5 0℃水浴 l % N自O H CH3O H
色黄米一ō
3
.
2铁杉冷水浸提液透光值
表 4添加试剂后试样的颜色变化程度
所加献 空白对照样 1 % NaO S H% Na 25 03 1 % Nao H+ 平平加5 0℃水浴
剂组号 透光率 %透光率 %透光率 % 透光率 % 透光率 %
A 9 095
.
09 2
.
1 8 0
.
9 25
.
7
B9 9 9 2
.
9 4 2
,
0 7 8
.
0 83
.
0
C 6 7 6 0
.
2 3 2
.
5 6 5
.
0 6 0
.
2
D 2 0 4 1
.
0 9 4
.
6 8
.
0 6 0
.
2
日巾可 1%N a 0 H S%N a多0 3
/ h
拍 浅棕黄色 浅红褐色 黄色
浅红褐色 黄色
由表 4 知 : 发色基团大部分在 C 、 D 试样之
中。 根据相似相溶的原则 , 发色基团为极牲胜较大的
物质 。 处理后 D 成分的透光值起伏较大 。 加入 4 种
试剂 , 其中 5%N a ZS O 3作用下透光率为 94 . 6% . 效果
很好 , 原来的蓝色液体变得几乎透明 , 这是以后处
理的思路 。
3
.
3 刨花浸泡试验
想对某一树种进行较详尽的分析 . 几乎都要用
木粉 、 木片 。 此次试验采用刨花作为试样 。 刨花厚
度为 0 . 3 一 0 . 5 m m 。 同时 , 对造成木材变色的物
质做研究时以酚类 、 菇类物质为研究对象 , 只用甲
醇提取就够了 。 但提取物种类繁多 , 提取液各种各
样 , 适当的溶剂配合有时也能发挥出一定的效果 。
所以 , 选用 l %N a O H 与 5%N a ZC O 3分别与 C H 3O H
l : l( 体积比) 混合进行试验 。
取 3组刨花 、 分别用甲醇 、 甲醇与氢氧化钠 、
甲醇与碳酸钠 3 种溶液浸泡 、 48 h 后倒出浸泡液 ,
并洗净刨花 。 在调温调湿干燥箱中分别于 80 ℃ 、 75
℃ 、 70 ℃ 、 65 ℃干燥到绝干 , 观察刨花颜色变化
(见表 5) 。
从表 5 可知 C H 3O H 处理后刨花颜色最柔和 .
无变色 。 另外 2组可能由于碱的加入使刨花产生严
重的碱变色 . 且带有蓝色 。
表 5 刨花浸泡的颜色变化
温变/ ℃ C H 3 0 H C H 3 0 H + N a 0 H C H 3O H + 5%N a ZC 0 3
80 米黄色 浅红褐色 浅红褐色并有蓝变
75 淡黄色 浅红褐色并少许蓝变 浅红褐色并有蓝变
70 淡黄色 浅红褐色 浅红褐色
6 5 淡黄色 浅红褐色 浅红褐色并有蓝变
3
.
4 几种试剂的浸泡试验
取 2 . 1的试样锯成规格为 : 长 x 宽 x 厚 =
50 m m x 50 m m x 20 m m 的 小 木 块 分 别 在
棕黄色
棕黄色 浅红褐色 棕黄色
浅黄色且
有蓝变
浅黄色且
有蓝变
浅黄色且
有蓝变
棕黄色
4 铁杉单独试剂与组合试剂漂白试验
4
,
1 过氧化氢漂白试验
取 1 . 1组试样 , 配制 2% 、 5% 、 10 % 3种的
过氧化氢溶液 . 并加入氢氧化钠控制 p H 值在 9 一
12
。 用毛刷均匀地把药液涂刷在木块上 、 每隔 12 h
涂刷一次 . 共涂刷 3 次 。 过 48 h 取出 . 发现 3种试
样蓝变与红变都有所减少 . 材面总体变白 , 只是随
着浓度的增大而材面变黄 。
4
.
2 5% N a z s o
3与 5%H Zo 姐合漂白试验
在 3 . 3试验中用 5% N a ZS O 3涂刷铁杉 , 使铁杉
变成浅红褐色 。 由于 N a ZS O 3是一种带有碱性的还
原剂 , 而 H ZO Z是一种氧化剂 。 经 N a ZS O 3处理后 .
虽然蓝变除去 , 但木材中其他发色 、 助色基团在
N a
Z
S 0
3作用下呈浅红褐色 。 现在利用过氧化氢的氧
化反应 : 20一 + 2e + 4 H 十 = ZH ZO 来再把 已被还原物
质氧化回原状 。 并在这一过程中除去蓝变 、 红变 。
由 3 . 3得至叨的 N a ZS 0 3浸泡过的木块重新涂刷上
5% 的过氧化氢 。 涂刷完毕 , 木块尾相搭 , 放于木
架上气干 。 24 h 后取下 , 大部分木块都队复回原来
铁杉材未处理前的材色 。 在两木片相搭处有明显的
乳黄 色 的 痕迹 . 是 因 为木 块搭 接处 倾斜 .
H ZO Z过多地聚集在接头处 , 木片得到充分的漂白 .
使材色变白 。
5 药剂处理后的干燥试验
经过 2 . 1与 3 . 2试验后可初步得到一个干燥基
准 、 T 干球= 80 一 10 ℃ , T湿 = 67 ℃ 。 用此干燥基
, 4 东 北 林 业 大 掌 学 报 第 28 卷
准对从 3 . 3 以后的试样进行干燥试验 . 结果见表
7
、 , 经化学药剂浸泡或涂刷过的试样 . 先放置于大
气中气干一般到含水率为 30 % 上下时 , 才放入调温
调湿干燥箱中干燥 . 这样有利于提高干燥效果 , 且
节约能源 。
表 7 药剂处理后的干燥试验记录
序号 配方 效 果 备 注
棕黄色 , 表面早晚材凹
凸不平
l% N a 0 H + 平平加
5%N a多0 3
50
`亡水浴
1%N a 0 H 十 肥皂
C H 3O H
2%H ZO乏
5% H ZO 3
一杉袍平理一下榷丁工yFIJ物一铁热lùV工化:厂匕一℃佬ì案
一心刘方
凸不平
9 10%H刃2 米黄色材表凹凸不平
or %5 N移伪与 5% H刃 浅黄白包嘟昔褐色 端头部为黄白色
不好 。
其他配方处理铁杉 , 主要以水作为溶剂 . 添加
不同的化学药剂 。 目的是使化学药齐lJ能随水一起渗
透进木材中去 , 中和木材中的酸性物质及其他变色
物质 。 从而破坏变色成分 , 降低变色效果 , 并溶解
表面的变色物质 。 但由于酚类 、 环烯醚菇贰 、 有机
酸等物质上都可能含有经基能与木材中的纤维素 、
半纤维素 、 木素形成氢键而不易脱落 。
在化学处理配方中 , 我们主要选用了偏碱隆的
配方 , 目的是为了中和铁杉中的酸性物质 。 但是 ,
从实验效果来看 , 加入碱会使铁杉材产生碱变色 。
至此 . 铁杉变色的原因已较清楚 , 处理的方向
应是 : 中和铁杉中的有机酸类物质 , 用偏碱性的配
方进行处理 , 同时应防止碱变色 ; 通过漂白剂等物
质对铁杉进行复原 、 漂白处理 ; 调整女升跌杉的干燥
基准 , 在提高生产效率 、 缩短生产时间的前提下 ,
以干燥过程中不发生变色为依据 。
6
.
3 较佳工艺流程及建议
经上述实验及分析 , 可初步确定如下工艺流
程 , 如图 2 :
同时 , 在操作过程中应注意 :
①干燥中要始终将排气口开启 , 让湿空气尽快
地排出 。
②干燥时不允许调湿处理 . 以免高湿度而使铁
杉变色 。 在 乓球 二 80 一 10 ℃ 、 T湿 = 67 ℃条件
下 , 把含水率从 30 % 干燥到 12% 一 13% 仅需 4 一
s h
, 板材不翘曲 , 不开裂 、 不因干燥而另外变色 ,
处理效果较佳 。
1
.
C H
3 0H 浸泡 4 8 h
2
. 用 5%N a ZS 0 3与 5% H ZO 涂刷
气干到 附= 30 % 左右
6 结论 了十球 = 8 0 ℃ ~ 10 0 ℃ . T 湿 = 6 7 ℃
干燥至 W = 1 2% ~ 1 3%
6
.
1 变色原因
铁杉中含有的酚类物质 、 环烯醚菇类物质 、 有
机酸等是铁杉变色的内在因素 , 在外界一定的温度
与湿度或其他化学物质的作用下 , 发生复杂的反
应 , 使铁杉变红 、 变蓝及变腐朽 。
6
.
2 变色处理探讨
由 3 . 1试验知铁杉中的变色基团是水溶性的或
者极性较大的物质 。 用水浸泡处理是一种最简单的
方法 。 但是铁杉含有很多亲脂性物质 , 在水中的溶
解度很小 , 因此一般来说单纯水浸泡处理的效果并
l 晰 q l
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图 2 工艺流程图
参 考 文 献
1 李坚 . 木材科学 . 哈尔滨 : 东北林业大学出版社 、 1994
2 成俊卿 . 中国木材志 . 北京 : 中国林业出版社 . 19 2
3 成俊卿 . 木材学 . 北京 : 中国林业出版社 , 19 85
4 苗平 . 泡桐木材的防变色及干燥 . 林产工业 , 19 95 .2 2( 2)