木材變色的類型及4大防治途徑

影響光變色的因素

溫度：提高溫度可使化學反應加速。因此，提高溫度可使光降解和氧化反應加速。

水分：一般水作為一種極性溶劑，浸透到木材細胞壁并使其膨脹，加大分子間距離，以利于光透入，從而產生更多的自由基。當木材含水率由0增加到3.2%時,ESR強度增加;在含水率為6.3%時,自由基濃度達到峰值，含水率再增加時,自由基濃度有所下降。主要原因是，木材中存在過量的水分子可與自由基形成自由基——水絡和物，降低了自由基濃度。

樹種：一般木材的容量越大，其侵蝕率越低。此外，氧、金屬離子(尤其是鐵離子)、燃料等也可以促進自由基的形成。

化學試劑引起的變色

(1)化學試劑導致變色的特點。化學試劑導致木材表面顏色變化是木材顏色變化中重要的一類。

特點：①反應快，木材在短時間內變色;②大多出現(xiàn)在加工過程中，或加工結束后;③受反應條件，如溫度、時間和PH等的影響;④反應多發(fā)生在心材。

化學試劑：導致木材表面顏色變化的化學試劑主要有：①過渡金屬(如鐵離子等)和氧化劑(如KmnO4等);②酸、堿或其他加工過程中的化學助劑。

變色的化學組分：木材中產生顏色變化的主要化學組分是：單寧類、黃酮類以及木質素和酚類化合物。

化學試劑變色的機理

木材的抽提物是導致木材變色的重要因素。目前，有關的研究雖較多，但對單一發(fā)色化合物的結構、變色機理及對全部樹種變色的影響的研究還較少。

①單寧類。單寧類由水解類單寧和凝縮類單寧組成。水解類單寧通常是沒食子酸及其二聚體(雙沒食子酸或續(xù)花酸)與單糖形成的酯類化合物。這類單寧能被酸和酶水解。凝縮類單寧是兒茶素(黃烷-3-醇)衍生物的縮合物，此類單寧不易被酸和酶水解，在稀酸中加熱時產生高分子無定形物紅粉。

單寧的性質：一是具有較強的極性，易溶于熱水、乙醇、丙酮和乙酸乙酯;二是能與重金屬鹽(如醋酸鉛、醋酸銅)和堿土金屬氫氧化物[如Ca(OH)?！橙芤盒纬沙恋?三是與過渡金屬形成絡合物顯色，如與FeCl3反應，生成黑或綠色沉淀;四是強還原劑，易在空氣中氧化，尤其在酶作用下，形成發(fā)色化合物。

②黃酮類和木質素以及酚類。黃酮類、木質素和酚類是導致木材顯色和變色的主要化學成分。這些化合物具有較強還原能力，易被氧化劑氧化，其氧化產物能使木材顯色或顏色加深。同時，也易與過渡金屬作用而顯色。如中野準三的研究證實：木質素等多酚類化合物的主要顯色結構為三價鐵的絡合物、附型結構的鄰苯配、對苯醒、附甲基化物，以及共軛的松柏醛和查耳酮結構。

單寧類、黃酮類以及其他酚類化合物大多存在于心材中。

③鐵變色。這是由F4“離子與木材中的單寧、酚類、黃酮類以及木質素發(fā)生化學反應引起木材變色，大多呈灰黑色。在這類變化中，過渡金屬鐵離子不僅易與多元酚形成金屬絡合物呈現(xiàn)顏色，而且在鐵離子存在下，多元酚更易被氧化，形成單寧鐵、阜寧酸鐵以及醌類化合物等。過渡金屬銅離子也有類似的反應，生成單寧銅或單寧酸銅，使木材呈淺紅色變色。

引起這類木材變色的鐵離子常來源于木材加工過程，如制材過程的刀鋸、人造板生產過程中的熱壓板，以及工業(yè)用水等，都能產生與木材作用的鐵離子，使木材變色。但是一般木材的單寧含量較低(1%以下)。只有幾種常作為拷膠原料的樹種的木材單寧含量較高。一些樹種木材的單寧含量如表3.2所示。

表3.2 一些種類的木材單寧的含量和結構類型

一些種類的木材單寧的含量和結構類型

影響鐵變色的因素：

①木材組分。影響鐵變色的主要木材組分是單寧，單寧的含量影響木材色差變化，但是黃酮類、木質素等也對變色過程有影響。

②鐵的濃度。一般木材在鐵離子濃度很低時(FeCl3濃度0.5x10-4%)，就能產生變色。

③時間。鐵引起變色所需的時間很短，一般3min即可變色;著溫度升高，時間就會加快。同時，木材含水率增加，變色加劇。

④酸變色。木材的酸變色是酸與木材中的單寧、黃酮類多酚類化合物發(fā)生化學反應所致。經熱水浸提過的木材，一般無酸變色反應，因而這一類變色反應不是由木質素引起的。酸變色的木材一般呈紅色，隨著pH值減小，色差值增大。當pH值為2_5時，木材僅出現(xiàn)輕度變色，通常并不能為肉眼所察覺。此外，含有凝縮類單寧較多的針葉樹村，其變色程度較大，置于暗處的木材酸變色輕微，光照下不僅加快變色速度，而且色差值增大。

⑤堿變色。堿變色是堿性化合物與木材中的少量組分單寧、黃酮類以及其他酚類化合物反應所致。經熱水抽提過的木材，堿變色的反應不明顯。但隨pH值增大，顏色加深，并且呈不同顏色，大多呈棕色、紅棕色。堿變色通常出現(xiàn)在木制品使用過程中，如木制品與堿性材料接觸，在潮濕條件下，可發(fā)生堿變色。若干木材樹種對鐵、酸、堿變色的狀況列于表3.3。

干木材樹種對鐵、酸、堿變色的狀況

微生物作用

危害木材的霉菌是屬于子囊菌綱與不完全菌綱的真菌。木材上比較常見的有木霉菌、青霉菌、曲霉等。遭到霉菌侵害的木材，可見一片片的黑色和淡綠色的霉斑。顯微鏡下觀察霉菌對木材纖維結構的危害情形與變色菌相似。

危害木材的變色菌也是屬于子羹菌綱與不完全菌綱的真菌。木材變色菌的種類很多，有藍變色菌、鐮刀菌、葡萄抱菌、色串抱菌等。其中以長殼屬的真菌危害木材較多。

霉菌和變色菌與侵蝕木材的腐朽菌有所不同，它們寄生于邊村的射線薄壁細胞和軸向薄壁細胞中，它們以這些細胞中的營養(yǎng)物為養(yǎng)分而生存和繁殖。、菌絲通過紋孔從一個細胞到另一個細胞。隨著其菌絲向四周蔓延并向內部侵人，木材表面或內部的顏色產生變化。由霉菌和變色菌引起的木材材色變化主要發(fā)生在邊材。變色菌引起木材的變色，因菌種與樹種的不同，產生的顏色也不同，所變化的顏色有藍、青、黃、綠、紅、灰、黑色等。如紅松的青變色、櫟木的綠變色、由青霉菌引起的闊葉材的黃變色、由殼囊抱屬引起的松木褐變色等。常常可以用肉眼在木材的材身上或斷面上看到比較明顯的是藍變色和青變色(也稱為青皮)。

木材變色菌的生長發(fā)育，要求木材的含水率在20%以上，還要有適當?shù)臏囟?、濕度、空氣。變色菌生長發(fā)育的比較適宜溫度為23_35℃，在7℃以下或40℃以上時就可以完全停止變色菌的發(fā)育。當溫度在50_54℃時，經過較長的時間，就能夠殺死變色菌。

其他變色

(1)熱變色。熱變色通常出現(xiàn)于木材干燥過程中。木材的變色固樹種和干燥溫度而異，它可以變黃、棕、紅、灰等顏色，長期處于高溫下的木材可變成棕褐色。木材的熱變色主要是干燥過程中木材內的水分外移，部分水溶性的抽出物，如酚類、黃酮類化合物隨之外移至表面所致，同時在高溫下受空氣氧化變色。

(2)酶變色。剛采伐的木材，鋸解成材后，放置于濕環(huán)境中，氧化酶導致木材表面變色。所變顏色固樹種不同而異，如冷杉邊村變黃，榿木變紅棕色，柳杉變黑。含水率和濕度是酶變色的重要影響因素。當環(huán)境相對濕度達100%時，木材出現(xiàn)酶變色。溫度也影響變色，環(huán)境溫度在20t以下時李色緩慢。除上述的各種木材變色外，還有木材的樹脂滲出引起的變色等。

木材變色的防治方法途徑

防止木材變色的根本途徑在于：限制外因的產生和存在，除去或封閉木材內部變色成分，改變變色成分結構。對于光變色、酸堿變色、鐵變色、酶變色等化學變色的預防，主要是用漆膜涂覆等手段阻斷外因，或用溶劑浸泡、化學處理等方法消除或改性木材內部變色成分。對于光變色的預防有：隔斷紫外線，改變吸光成分結構，隔絕氧氣和捕捉游離基，破壞參與變色的物質結構，去除變色前驅物。對于酶變色的預防，降低酶的活性和隔離氧，如進行酸堿處理調節(jié)pH值，通過煮沸、高頻加熱改變蛋白質性質，用抗氧化劑抑制酚酶活性，水存隔離氧。對于生物變色的預防，改變或破壞適宜微生物或生物生存的溫度、濕度、pH值、氧氣及營養(yǎng)成分等環(huán)境因子，如噴水保存、塑料密封和化學藥劑處理。

防止木材變色的原理是：限制外因的產生和存在，除去或封閉木材內部變色成份，改變變色成份結構。

一：對于鐵變色、光變色、酸堿變色、酶變色等化學變色的預防，主要是用漆膜涂覆等手段阻斷外因，或用溶劑浸泡、化學處理等方法消除或改性木材內部變色成份。

二：對于生物變色的預防，改變或破壞適宜微生物或生物生存的溫度、濕度、pH值、氧氣及營養(yǎng)成分等環(huán)境因子，如噴水保存、塑料密封和化學藥劑處理。

三：對于酶變色的預防，降低隔離氧和酶的活性，如進行酸堿處理調節(jié)pH值，通過煮沸、高頻加熱改變蛋白質性質，用抗氧化劑抑制酚酶活性，水存隔離氧。

四：對于光變色的預防有：阻隔紫外線，改變吸光成份結構，阻隔氧氣和捕捉游離基，破壞參與變色的物質結構，去除變色前驅物。

有很多關于防止木材變色理論研究和處理方法，但現(xiàn)有防木材變色技術大都不具有永久性效果，有些變色速度極快，以及處理深度、材性影響、經濟成本等問題，限制了實際應用。高效、低毒或無毒、多功能的防變色劑的研制開發(fā)仍是預防木材變色的重要研究方向。