全 文 ：第 !"卷 第 #$期
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林 业 科 学
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高温热处理对水曲柳材色的影响
李 涛# 顾炼百# 江 宁$
（#2 南京林业大学 南京 $#%%78；$2 浙江世友木业有限公司 湖州 7#7%%&）
关键词： 高温热处理；水曲柳；地板坯料；材色
中图分类号：’89#28 文献标识码：- 文章编号：#%%# : 8!99（$%%&）#$ : %#!& : %"
收稿日期：$%%9 : %" : #&。
基金项目：南京林业大学校科技创新基金（;%& : %$% : $）。
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FE0K 1=A0E=J0EP G5=14 4SL4E9#: ;&.53： D 6，#&9!）：半纤维素上亲水性
羟基的浓度下降（,X44EIGK= *, "> 6，$%%"）；纤维素结
晶度增加（Y4JE 6，$%%7）；木材内部真菌的
营养物质大大减少，同时反应产物又可以起到杀菌
剂的作用，抑制腐朽菌和霉生长的物质（Z=KI4K *,
"> 6，$%%%；N4<1=@I *, "> 6，$%%7）。高温热处理工艺可
以改善木材的吸湿性、尺寸稳定性和耐腐性能，这种
处理方式与传统的防腐处理方法相比，没有向木材
加入化学药剂，而是通过木材组分受热后自发进行
化学反应来达到提高木材防腐性能的目的（[<1"> 6，#&&8）。$% 世纪 &% 年代以来，随着优质木材资
源日益萎缩、人们环保意识的加强，世界范围内高效
利用木材资源呼声日益高涨，在这样的社会发展背
景下，木材高温热处理生产技术的开发与工业化应
用受到芬兰、法国、荷兰、德国等木材工业发达的欧
洲国家的重视，出现了 ,D4EK0H00I，]4JY.-,^，^ <1 ,E4=J4I !种有代表性且在实际生产中得
到应用的工艺方法（]=LL，$%%#）。
水曲柳（’)"<%#3+ 5"#9+13)%="）在地板类木材中
属于常规材种，较其他进口名贵树种具有一定的价
格优势。本研究立足于地板生产企业开发新产品的
需要，以水曲柳木材为研究对象，开展高温热处理试
验，目的是在不影响其他加工使用性能的前提下，将
水曲柳地板的尺寸稳定性等性能提升到例如印茄
（ ?#,+%" GLL6）、柚木（4*=,(#" &)"#9%+）等较高档次树种
的水平，以期能达到在诸如地采暖等温湿度较“恶
劣”环境下使用的要求，提高产品的附加值。
材色是反映木材表面视觉、心理感觉和决定木
材产品给消费者第一印象好坏最重要的特征和因素
之一，也是产品生产与设计中最生动、最活跃的因素
（段新芳等，$%%$），同时还是木材产品加工增值的重
要影响因子。高温热处理时木材组分发生反应，形
成的降解产物及二次结合产物使木材颜色变深
（’?@IRM 6，$%%T），这为利用浅色木材替用热
带材提供了新方法。此外 _0?EC0等（$%%7）经过对比研究发现，可以用热处理前后材
色的变化情况来分析判断处理效果及对力学性能的
影响，相对其他的性能评价指标，材色评价对试材几
乎无破坏，较易实施。故本文利用色度学知识对高
温热处理前后水曲柳材色变化进行定量研究，并与
市场上部分受欢迎树种的材色进行比较，同时以材
色为指标考察不同试验规模下高温热处理效果，以
期为优化确定后续试验及生产工艺方案提供参考
依据。
! 材料与方法
!"! 试材来源和锯解 试材为浙江世友木业有限
公司从东北边境地区采购的俄罗斯产水曲柳 #$板
（常规干燥）地板坯料，试材名义尺寸为：%&’ (( )
!&’ (( ) *! ((（长 )宽 )厚），经检测，其绝干密度
平均值为 +’’ ,·-(. &。试材选取原则：同一整包，无
腐朽、双色、变色等缺陷，能代表整包坯料的材色。
试材选好后，立即在其长度方向的中央截取一块宽
约 !"/ -(的含水率试验片，得到 * 块长约 0/’ ((
的试材，一块用来进行高温热处理试验，另一块作对
比用的素材。试材锯解并对应记号后，分别称取含
水率试验片、待处理材、素材的质量，然后用烘干法
求得含水率试验片的含水率，进而推算待处理材、素
材的绝干质量，以备进行热处理试验以及性能测试
前平衡时参考使用。记录完毕后将试材分待处理
材、素材分别用塑料薄膜裹好，放在无阳光直射的通
风阴凉处备用。
!"* 试验方法 !）热处理试验 实验室热处理试
验和生产性热处理试验分别在小型实验室用高温干
燥窑和生产型高温热处理窑内进行，设备介绍参见
顾炼百等（*’’1）。实验室试验进行的是处理温度分
别为 !+’ 2（热处理时干球所达到的最高温度）、
!3/ 2，**’ 2的 & 组工艺试验，生产性试验为
!3/ 2工艺验证试验。试验的其他工艺过程及参数
相同，即：从室温开始至干球温度 !&’ 2的升温过程
为干燥阶段，待试材含水率降至 &4左右后进入处
理阶段，以 !’ 2·5. !的速度升温至处理温度并保温
0 5，转入降温调湿阶段，待试材含水率升至 &4左右
冷却出窑，处理及降温调湿阶段湿球温度始终保持
在 !’’ 2（即常压下饱和蒸汽温度）。图 ! 为 * 次
!3/ 2热处理试验中干湿球温度变化情况。每组试
验的试材从待用的试材中随机挑选，试材数为&块。
*）材色测量 试材经高温热处理后，立即称
重，将其与素材一同放入调温调湿箱进行平衡处理，
使之与大气环境相平衡。为消除试材表面粗糙度不
一对材色测定的影响（刘一星，!%%0），待平衡处理结
束后，比照地板生产工艺流程中砂光工艺要求，用砂
光机砂去试材约 ’ 6& ((厚的表层，从试材表面随机
选取 /个能代表试材整体材色的测试点，用 789:8
测色色差计测量其 !!，"!，#!参数，每点 * 次，取
每组试材 &’个数据值的加权平均值作为其材色测
量值。789:8测色色差计的主要技术参数：照明几
何条件为 ;<=（垂直入射<漫反射），光谱的总体响应
等价于 $+/标准照明体及 !’>视场色匹配函数下的
三刺激值 $!’ %!’ &!’，照射面为!? *’ ((的圆。
图 ! !3/ 2高温热处理干、湿球温度曲线
@A,6 ! 9BCDEF ;G =CH:IBJI KL= MEN:IBJI NE(OECKNBCE ;G
!3/ 2 5EKN NCEKN(ELNF
" 结果与分析
*"! 热处理对水曲柳材色影响的目视观察 热处
理后的水曲柳材色变化情况见图 *，通过目视观察，
发现随着热处理温度的升高，试材的明度朝着变暗
的趋势发展，这与刘一星（!%%0）对水曲柳进行热处
理时的描述一致，但色度的变化却比其描述得明显，
表现出色度从素材的黄白色、!+’ 2的橙黄色、
!3/ 2的棕黄色到 **’ 2的黑褐色逐渐过渡的变化
过程，这与本研究中的热处理温度较高、且传热介质
为过热蒸汽有关。对比在 *种试验规模下处理得到
的 !3/ 2处理材的材色，发现两者材色接近，生产性
中试的试材比实验室小试的稍暗。
图 * 不同工艺处理水曲柳材色对比
@A,6 * 9;(OKCKNADE KLKJHFAF ;G KF5 M;;= -;J;BC BL=EC =AGGECELN
NCEKN(ELN -;L=ANA;LF
!3/ 2（实）、!3/ 2（生）分别表示实验室试验和生产性试验的试
材，下同。!3/ 2（实）、!3/ 2（生）MECE CEOCEFELNE= G;C EPOECA(ELN AL
JKI;CKN;CH KL= -;((EC-AKJ F-KJE CEFOE-NADEJH，N5E FK(E IEJ;M6
’/! 林 业 科 学 0/卷
!"! 水曲柳材色变化与处理温度的关系 素材及
实验室热处理试验后的水曲柳材色 !!，"!，#!的
统计结果如表 #所示。
表 ! 不同热处理工艺处理水曲柳材色的参数值!
"#$%! &’(’) *#)#+,-,). ’/ -0, #.0 1’’2 342,) 25//,),4-
0,#- -),#-+,4- 6’425-5’4.
工艺
$%&’())
’&*+,-,&*
!! "! #!色空间参数
!! "! #! ’&.&% /0%01(-(%)
!! "! #!
色差
2&.&% +,33(%(*’(
!$
素材
4(3(%(*’( 56"65
（!"78） 7"65（7"!9） #:"6;（#"7:） —
#57 < 57"=5（#"68） #";!（7"86） !6":6（#"=8） :"!:
#:6 < 6;"5=（#"8:） ;"75（7"6;） !6"7!（#"68） #;"68
!!7 < ;#"97（#"88） 7"=:（7"89） #7"68（7":9） ;6"96
"素材的数据为所有温度的素材的平均值；括号内的数字表示
标准差。>?( @0.A() &3 -?( %(3(%(*’( 0%( 1(0* @0.A() 3&% 0.. %(3(%(*’( &3 -?(
-%(0-(+ B&&+C >?( )-0*+0%+ +(@,0-,&* 0%( D,@(* ,* E%0’F(-)C
从表 #中水曲柳素材的 !!，#!数据看，其材色
的均匀性总体上较好，有利于数据之间的对比分析，
但色度指数 "!的变异系数较大，达到了 8:"!#G，
关于这一点，段新芳（#===）在研究毛白杨（%&’()(*
+&,-.+&*"）边材的材色特征时也发现了类似的现象，
分析经过热处理后的试材，也验证了色度指数 "!
变异性大的特点，这可能与其本身数值较小、测量面
积较大造成无法区分早晚材进行测色以及测色仪器
的精度不高等误差因素有关。
将素材的!! "! #!色空间参数与刘一星（#==8）
对水曲柳进行测量得到的数据（ !! H 9#":；"! H
6"=；#! H !7"56）对比发现，所测数值稍低，排除产地
不同、测量仪器区别等系统误差的原因，还可能与试
材的准备过程有关。本文的试材在经历人工干燥时
所处的环境，即长时间较高的温度（一般在 67 I
:6 <）和短期调湿时较大的湿度（可达到 =7G甚至
更高），似乎是造成木材材色变得灰暗的主要原因，
在干燥研究领域常将之称为干燥变色（顾炼百，
!77;）。这种现象对本研究中最为缓和的 #57 <热
处理工艺而言，可以理解为时温等效原理（何曼君
等，!777）的作用，即整个 #57 <高温热处理工艺过
程的时间只有 #! ?左右，远小于水曲柳试材前期经
历的从生材到含水率为 #!G的常规干燥时间（一般
在 #7天以上），故短时间缓和的 #57 <高温热处理
工艺对已有干燥变色现象发生的水曲柳木材影响不
明显。
虽然色度指数 "!的变异系数很大，但从数据
分析和目视观察看，依然具有数值变大（增大率从
96G到 885G不等）和材色略为变红的趋势，而色度
指数 #!则呈现出 #57，#:6 < !种工艺处理材的值
比素材有所提高且保持在同一水平，但 !!7 <处理
材的值却显著降低的现象。对于明度指数 !!，如
图 ;所示，随着热处理温度的提高，明度指数 !!逐
渐下降，色差!$ 随之上升，将明度指数 !!和色差
!$ 进行相关性分析，发现两者之间呈现显著负相
关，相关系数达到 J 7C=5，这说明明度的变化是引起
水曲柳材色变化的主要因素，可以通过其变化的大
小来表征材色的变化情况，进而判断热处理的程度
和效果（K&A%D&,) -+ ") C，#==#；K(F?-0 -+ ") C，!77;）。
上述现象与目视观察和木材变色及高温热解理论相
吻合，即随着热处理开始进行，半纤维素在高温（一
般在 #67 <以上）的作用下开始分解，生成醋酸以及
发色基团———酚类化合物，而醋酸环境对木素和纤
维素的结构变化或分解可以起到类似“催化剂”的效
果。>L((%+)10等（!776）研究发现，随着处理温度的
升高，木材组分易发生酯化作用，其红外光谱谱图中
# 987 ’1J #处的吸收峰显著加强，这表明木材组分中
羧基的含量增大；木素在 #:7 <以上开始发生对材
性有影响意义的降解作用，使#J醚键发生均裂，生
成自由基（M()-(%10%F -+ ") C，#==6），而自由基不稳
定，极易迅速与相邻分子作用发生链传递和终止反
应，形成过氧化物，最后分解为有色化合物，使木材
变色（高建民，!778）。
图 ; !! "! #!色空间参数随热处理工艺的变化
N,DC ; !! "! #! ’&.&% /0%01(-(%) &3 -?( B&&+
A*+(% +,33(%(*- ?(0- -%(0-1(*- ’&*+,-,&*)
!"; 水曲柳热处理材与部分较受欢迎木材材色对
比归类 在对材色有很高要求的装饰装潢领域，阔
叶材因其具有美丽的花纹而得到青睐，从刘一星等
（#==6）的研究结果看，表征其材色的 !! "! #!色空
间参数中，明度指数 !!在不同树种、同种异源、同
种异地乃至株间的变化程度比色度指数 "!，#!大
的多，具体到数值上：!!在 ;7 I =7 较大范围内变
化，显著影响木材的视觉效果；表征黄蓝特征的 #!
#6#第 #!期 李 涛等：高温热处理对水曲柳材色的影响
在 ! " #!之间变化，而由于黄色属于光谱中最亮的
颜色，具有很高的明度，因此它与明度之间存在一种
依附关系。王文彬（$!!%）在对比涂饰前后的木材材
色后指出，!!与 "!呈正相关的关系；#!虽然在
& $ " $! 范围变化，但排除个别肉眼看上去明显表
现红色特征的树种后，其值大多在 ! " ’范围变化，
如果考虑到前面提到的诸多测量 #!的不利因素，
基本可以忽略 #!的变化对材色的影响。()*+,-./
（%’0’）对水曲柳、红橡（ $%&’(%) ’%"’#）、胡桃楸
（ *%+,#-) .#-/)0%’1(#）、榆木（ 2,.%) +,#"’#）、白橡
（$%&’(%) #,"#）、北美鹅掌楸（!1’13/&-/’3- 4%,1516&’#）等
1种阔叶材不分心、边材进行材色测定时，发现尽管
增加了对边材的测色，数据的离散性加大，但主波长
及纯度（主波长及纯度对应于本研究是色度指数
#!，"!反应的材色特征）在这些种内和种间差异不
大，材色的差异仍然是通过差异较大的明度来显现，
即可以通过明度差异来对不同树种进行区分。
2/)345等（%’6#）发现明度比主波长及纯度在描述同
种异地、株间及株内的材色差异时重要的多，是第一
位的参考因素。从日常生活经验来看，人们在按材
色选购木制品尤其是要求用透明的清漆或石蜡做涂
饰材料的实木制品时，大多情况下是通过肉眼去观
察产品的明亮程度来判断是否符合自己的审美观，
而对于不同木材之间微小的红绿或黄蓝色彩差别，
基本上是难以辨别的。以上研究结果和日常生活经
验都说明，明度在按材色区分、归类木材时具有重要
的参考价值。
表 ! 不同木材材色的比较、归类
"#$%! &’()#*+ #,- ./#00123 4’’- $3 .’/’* )#*#(+5+*
明度等级
7/) 3)8)3 9:
3-;/.<)55
市场上部分较受欢迎木材 7/) =9>) 494?3@> ,99A 水曲柳高温热处理材 7/) /)@. .>)@.)A @5/ ,99A
树种
B99A 54)*-)5 !
! #! "!
处理温度
2>9*)55 .)=4)>@.?>)CD !
! #! "!
较深 E)3@.-8)3F A@>+ 柚木 7&(43-# +’#-/1) G#HG 1 $G %6G G#H1’ #H!1 $GH!$
花梨木类 84&’3(#’5%) 544H I#HI$ %GH#$ %6H!1
深 J@>+)> 红酸枝木类 9#,"&’+1# 544H I!H’% %#H11 %GH61 %’G #’H0% %H#1 %6H%0
香枝木类 9#,"&’+1# 544H IIH## %#H’ %6H$1
最深 J@>+)5.
黑酸枝木类 9#,"&’+1# 544H ##H#6 GH1 1H6# $$! #%H0! !H’6 %!HGI
鸡翅木类 :1,,&441# 544H #GH$$ 1HG1 ’HGG
根据上述分析，通过目视观察高温热处理水曲
柳木材与市场上较受欢迎木材的材色，在综合本文
所测结果和有关木材材色数据（陈潇俐等，$!!1；
(/@. &4 #, K，$!!G）后，根据明度大小，进行了比较和
分类，结果见表 $（表中用来代表 %’G D工艺材色数
据的水曲柳处理材，是从生产性试验前在实验室进
行的一次验证性试验中得到的，此次试验的保温时
间为 1 /，其他工艺参数与本文相同；市场上部分较
受欢迎木材的材色除柚木外均是从心材测得，柚木
的数据从过 I!目而留在 1!目筛上的木粉上测得）。
从表 $中不难发现，经过不同高温热处理工艺处理
后的水曲柳在材色尤其是明度上与这些比较名贵的
木材十分接近，这说明可以通过适当的高温热处理，
从材色上将水曲柳仿制成名贵树种，提高水曲柳木
制品的价值。其中 %6G D工艺的处理材与柚木的材
色十分接近，计算它们之间的色差，值为 $ K ’G，在
L(M色差单位分类中（王晋海等，$!!G@；$!!GN），属
于稍明显的范畴。因此在对热处理木材进行涂饰
时，应主要采用能透出木材材色的清漆或石蜡，另外
针对材色在色度指数 #!，"!与目标颜色存在微小
差异的情况，可以考虑对清漆或石蜡进行适当的调
色配色处理来加以消除。
$HI 不同规模热处理试验的水曲柳材色对比分析
表 #为在小型实验室用高温干燥窑和生产型高温热
处理窑进行 %6G D工艺试验所得水曲柳处理材的材
色 !!，#!，"!，!; 数据。从表中可以看出，两者只
是在明度指数 !!上存在差异，而色度指数 #!，"!
上没有明显的差异，这与目视观察结果基本相同。
这可能与生产性中试时的实际情况有关：%）生产
型高温热处理窑是初次运行，对升温速度和窑内温
度的均匀性没有足够经验；$）整窑地板坯料初含
水率在 6O " %IO，不均匀。
考虑到窑内地板坯料数量和价值巨大，为了减
少不必要的降等损失，在干燥前进行了适当的平衡
处理，以防止地板坯料发生开裂，这造成热处理前的
干燥过程比在实验室进行试验时延长 I /左右（图
%）；另外由于生产型高温热处理窑容积大，地板坯料
多，窑内木材热容量较实验室试验时大得多，因此即
使后期降温过程中向窑内喷洒雾化水，但降温时间
仍较长，从 %6G D降温至 %1! D左右的过程比实验
$G% 林 业 科 学 IG卷
室小试长约 ! "（图 #），而这个过程实际上也在对木
材进行热处理，因此时间长短对材色也会有一定的
影响。正是这些因素造成生产性试验的试材的明度
有所下降，但是此差异并不大，分析两者之间的色差
!!，其 值 为 !$%&，属 于 人 眼 感 觉 稍 明 显 的
范围。
表 ! 不同规模试验的水曲柳处理材材色参数值
"#$%! &’(’)* +#*#,-.-*/ ’0 .1- #/1 2’’3 )43-* 3500-*-4. .*-#.,-4. 6’435.5’4
工艺
’()*+,, *)-./0/)-
"! #! $!色空间参数 "! #! $! *)1)( 23(34+0+(,
"! #! $!
色差
5)1)( ./66+(+-*+!!
#78 9（生）5)44+(*/31 ,*31+ 8#$:%（#$8&） ;$<8（:$%!） !<$7<（!$#;） :
#78 9（实）=3>)(30)(? ,*31+ 8;$%@（#$<7） ;$:%（:$8;） !8$:!（#$8<） !$%&
! 结论及建议
#）经过 ;种不同工艺热处理后，木材的明度较
素材有不同程度的下降，表现出随温度升高，明度逐
渐下降，而下降的幅度呈上升趋势。
!）明度指数 "!能很好的表征木材材色的变
化，它与色差!! 之间呈显著的负相关关系，相关系
数达到了 A :$@%，这说明可以用明度来表征材色的
变化，进而判断木材热处理的效果。
;）水曲柳木材经高温热处理后，若辅以恰当的
涂饰，可以仿制柚木和部分红木等名贵木材，在节约
有限的珍贵硬阔叶材资源的同时，满足人们追求精
神、物质生活的需要。
<）热处理工艺的实验室试验可以较好地模拟
实际生产时材色变化情况。建议在今后的实验室试
验时，尽量参照生产型热处理窑的实际操作情况，适
当延长工艺中前期烘绝干和后期降温的过程，使之
与实际生产情况更趋接近，以期使实验室实验更好
的为实际生产服务。
参 考 文 献
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（责任编辑 石红青）
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