柚木变色成分及光诱导变色机理研究

发布时间：2020-10-23 17:07

　　 柚木经过光照由浅褐色向金黄色发生转变,大幅度提高了柚木的商品价值。本文旨在通过实验探究柚木的变色原因及光诱导变色机理,为建立木材材色调控技术方案提供实验和理论支撑。通过柚木光变色与木质素、抽提物成分结构变化规律以及色度学参数之间的关系研究,结合柚木中典型发色成分的光诱导反应,探讨柚木发色成分的组成和反应机制;通过探针试剂对柚木单板进行人工诱导变色,初步确定柚木光变色的反应类型与色度学之间的关系,为人工诱导木材定向变色固色的理论和工艺技术提供理论依据。主要研究结论如下:(1)通过使用氙灯模拟光照柚木单板80 h,感观分析和色差计测定光照前后颜色变化表明,柚木单板表面总体变红变黄,褐色斑点减少,表面色品指数△L*、Aa*和Ab*都增加。且在光照40 h后人们喜欢的黄色不再增加。(2)通过SEM观察柚木单板表面形态,结果表明随着氙灯光照时间的延长,柚木表面及细胞壁纹孔都出现粉蚀劣化现象。通过XRD分析柚木单板表面结晶度变化,结果表明光处理80 h的柚木单板表面结晶度比未处理的试样降低了0.81%,说明柚木粉蚀劣化和材色与木材结晶度可能具有某种关联。(3)通过FT-IR分析柚木单板表面官能团变化,结果表明柚木颜色的变化与木质素有很大关系,木质素在光辐射40 h内发生了快速的光降解反应并生成羰基衍生物,这改变了柚木的光吸收波长使得柚木颜色变红变黄。说明木质素的降解是柚木光变色的原因之一。(4)溶剂抽提柚木粉实验表明,2:1(V/V)的苯-乙醇溶剂是研究柚木光变色的最佳抽提溶剂。通过GC-MS、FT-IR、UV分析苯-乙醇抽提物表明,抽提物中单宁类、黄酮类、萜类等物质的光氧化等反应和蒽醌类等某些具有升华性或挥发性的有机化合物的挥发都能导致柚木材色的变化。溶剂抽提过程中水和乙醇对柚木中黄蓝色品指数起主要作用的小分子木质素具有较强的抽提能力,同时在光照过程中对柚木中木质素的光诱导黄蓝色品指数增大的降解反应也具有较强的促进作用。(5)通过UV、HPLC、GC-MS分析光照前后单体模型物结构,结果表明,光照后没食子酸、槲皮素和丁香酚单体在酸性、有氧的条件下容易发生光氧化、聚合、酯化等反应从而形成新的共轭体系。2-甲基蒽醌光照后易挥发。除此之外,槲皮素和没食子酸光照后都产生了其它一种和两种极性较弱的物质。而丁香酚可以异构化为异丁香酚,异丁香酚苯环上的丙烯基再氧化成醛基,进而生成香草醛。其次,在有水的条件下,异丁香酚中共轭双键会断开形成一种醌类中间体,侧链促进生成α,β-二羟基结构,进一步可氧化衍生出含有C=O、β-COOH的产物。2-甲基蒽醌在光照、有氧的环境中不易发生结构的变化。但仍然有少量2-甲基蒽醌可能生成蒽或异构为其它蒽醌。(6)通过在光照下使用不同类型试剂涂刷柚木单板可以诱导其显现出不同的颜色,说明可以通过添加不同诱导剂的方式来将柚木转化成人们想要的颜色。柚木在光照、有水的条件下的色品指数变化和采用HNO3处理的柚木单板表面色品指数的变化方向和变化程度最为相似,可以认为柚木单板在光照下的变色反应类型是采用硝酸处理后的氧化反应类型。
【学位单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS61
【部分图文】：

２．?１．３实验方法与步骤??２．?１．３．?１自制氙灯光照箱的组装??实验室自制的氙灯光照箱见图２．１。管型长弧氙灯的主要技术参数见表２．３。??ｐｐｍ??图２．１氙灯光照试验箱??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｘｅｎｏｎ?ｗｅａｔｈｅｒ－ｏｍｅｔｅｒ??表２．３管型长弧氙灯的主要技术参数??Ｔａｂｌｅ?２．３?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?Ｔｕｂｕｌａｒ?Ｘｅｎｏｎ?Ｌｏｎｇ?Ａｒｃ?Ｌａｍｐ??性能?数值?性能?数值??型号?ＧＸ１０００?管流?１５?Ａ??冷却方式?风冷?管长?２１０?ｍｍ??额定电压?２２０?Ｖ?管径?１８?ｍｍ??工作电压?５５?Ｖ?有效寿命?１０００?ｈ??图２．２为太阳自然光光谱与氙灯发光的连续光谱比较图，由于氙灯的发射光??谱与太阳光光谱最为接近，且能量密度髙，输出稳定，因此用氙弧灯可以最真实??的再现全光谱太阳光。因此本文选取氙灯模拟太阳光进行人工模拟柚木的光辐射。??１３??

?柚木变色成分及光诱导变色机理研究??图２．３是不同光照时间柚木的体式显微镜观察图。从图２．３中可以看出，随??着光照时间延长，视觉上柚木单板亮度增大，表面逐渐变黄和变红，总体由浅褐??色向金黄色转变。光照前４０?ｈ时颜色变化最为明显，柚木单板的亮度明显提高，??颜色也偏红棕色。随着光照时间的进一步延长，柚木单板的亮度仍然增大，但是??色度没有很明显的变化，视觉上趋于比较稳定的状态。柚木作为一种家具材料，??最受消费者喜爱的是其特有的金黄色。该图说明光照４０ｈ后消费者喜欢的颜色不??再迅速增加，在这样光照条件下光照４０?ｈ是最为省时有效的使柚木变为金黄色的??方法。??２．?２．?２光照对柚木色差的影响??评价柚木颜色的差异一般使用色差计测量其色品指数表示。柚木各色品指数??随氙光辐射时间的变化如图２．４所示。??７????６?＂?———＾★￣￣一＾??〇?０?＜?／?－＾－Ａａ?＼??－２?■?■????＿３?■?■?＿?■?＿?■?Ｉ?■?Ｉ?■?■?｜?■匿■??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??Ｔｉｍｅ?（ｈ）??图２．４不同光照时间柚木的色品指数变化图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｅａｋ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｓｔａｇｅｓ??随着氙光光照时间的延长，木材表面发生一系列的物理化学变化，其色品指??数ＡＴ、Ａ＾、Ａｆ也随之发生一定的变化。??对于明度指数（ＡＤ

４０?ｈ后柚木单板偏红的幅度逐渐趋于稳定。??对于黄蓝指数（Ａｆ），正值越大表示试样颜色偏向黄色程度越大，负值越大??表示试样颜色偏向蓝色程度越大。由图２．４可以看出，表明随着光照时间的延长，??木材的黄蓝指数（Ａｆ）先迅速增大然后减小，柚木单板表面逐渐呈现亮黄色，光??照４０?ｈ后其黄色逐渐变淡。??对于色差值（Ａ＾），图２可以看出其明显增大，而且由图中可以看出影响??的三个参数广、Ｙ和ｆ中变化较幅度较大的是ｒ和其对色差值（Ｍ）贡献??最大，总体上柚木单板在光照前４０?ｈ时其表面颜色逐渐变红变黄，在光照４０?ｈ??后其亮度开始变亮并主要影响着总色差，这与视觉上能观察的颜色变化相符。说??明在光照４０?ｈ后人们喜欢的黄色不再产生，光照４０?ｈ是最合适的处理柚木变色??的时间。??２．?２．?３光照对柚木组织结构的影响??置于氙灯光照下的柚木木材的木质素会发生一定程度的降解，木材内部的纤??维结构也将受到破坏。柚木单板表面及纹孔扫描电镜实验结果见图２．５，通过研??究光处理过程中柚木的微观结构变化
【参考文献】

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4 陈太安;徐忠勇;乐杰培;;紫外光辐照下热处理材变色行为的分析[J];木材工业;2014年06期

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6 黄必胜;崔瑞琴;陈科力;曹艳;;紫外-可见分光光度法测定大黄中蒽醌类成分的含量[J];药物与人;2014年04期

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8 张冉;周宇;虞华强;韩英磊;马洁;;柚木单板光变色规律初探[J];木材加工机械;2013年02期

9 马晓娟;黄六莲;陈礼辉;曹石林;;纤维素结晶度的测定方法[J];造纸科学与技术;2012年02期

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5 关鑫;杨木和樟子松单板紫外光诱发变色的研究[D];东北林业大学;2009年

本文编号：2853309