[科普中国]-加热发色

变色一直被认为是木材加工过程中的一种缺陷。但通过调控木材干燥过程的温、湿度等条件诱发木材发色体系结构的改变，可使木材颜色变深并趋于珍贵木材的颜色。

利用木材易于受热、湿等外界因素影响而发生颜色改变的特征把木材的变色引入到木材颜色的优化处理过程,通过调控木材干燥过程的温、湿度,时间等条件诱发木材发色体系结构的改变,可使木村颜色呈现不同程度的变深并趋于珍贵木材的颜色,对木材的科学加工与高值化利用具有重要意义

简介随着人们生活水平与生活质量的不断提高，对丰富多彩的家具、木地板、工艺品等高档木材产品的需求越来越大，促使人们对木材颜色的调控越来越关注。木材的材色不仅是木材表面视觉物理量的一个重要特征，还是木材产品加工增值的重要影响因子。木材颜色对消费者具有导向作用。木材红绿色品指数越高，越使人感到温暖、豪华、舒适，相反则体现出素雅、刺激和现代感。可见，木材颜色与木制品造型的合理搭配可提升商品价值。

随着森林资源结构和数量的变化，天然林大径级优质家具用材供应日益减少，取而代之的是大量人工林木材，人工林木材的材色处于淡黄色至黄色之问，不具备制作优质、豪华家具的条件，但通过在内部强度和外观的色彩两方面对木材进行功能性改良可以满足人们对色彩多样性的需求从而提高其价值，进而实现人工林的高效高值利用。

木材变色种类主要有生物变色、光变色和化学变色，这几种变色在加深木材材色的同时降低了木材的材质等级，且颜色不均匀。目前国内外木材变色研究可以分为2个方面，一方面是防变色，以保证木材色泽、力学等方面的优良性能；另一方面是促进木材变色，以改善木材颜色，丰富和提高木制品视觉效果。对于后者，目前国内主要采用木材染色的方法。国内外在木材颜色方面的研究已经获得一定的成绩，主要体现在染色方面，在诱发技术方面尚未有所研究。木材染色在19世纪开始普及，然而，在最近20年，随着生活质量的提高，国外各种报道对使用化学药剂处理材的安全性提出质疑。国际上对环境保护和部分染料可致癌的关注，不断提出了禁用染料的品种。目前，美国和欧盟都在制定一些规定，在规定场合限制化学药剂处理木材的使用，尤其是操场、甲板、野篌桌、篱笆、天井家具、名胜风景及儿童容易接触到的场合。在各种处理技术中，非化学药剂处理的木材制品正在获得越来越广阔的市场空间，其中木材的超高温热处理技术也占据了重要的位置。20世纪50年代以前主要使用染料，而在此以后，颜色和化学着色开始得到重视和应用。

木材颜色经过一定的处理条件发生变化，可以使木材的颜色更加均匀，能更好地满足人们对木材颜色的要求，如，木质素中的发色基团的变化而引起的木材颜色变化和木材中的抽提物变化引起的木材变色。这些变色被归为诱发变色的范畴。

木材诱发变色目前尚是一项年轻的技术。纵观国内外研究成果，主要采用加热、紫外光辐射方法对木材进行诱发变色。诱发变色与染色的区别在于诱发变色不需要添加助剂就可以改变木材中发色团和助色团的结构、数量以达到改变颜色的目的。加热的方法将干燥过程与变色过程相结合。缩短加工周期，增加效率；紫外光的量子能很强，可以破坏分子中的化学键而改变木材中官能团的结构，使木材颜色改变。在处理过程中减少了染色技术中产生的大量废水废液，达到了环保的目的。木材诱发变色也是木材工业中进行深加工的一个重要发展方向，是目前值得关注和研究的一个方向，有待进一步的研究。1

热诱发变色的目的和意义木材热诱发变色过程是一个十分复杂的物理化学过程。引起颜色变化的主要原因是木材的发色体系结构的改变。纤维素和半纤维素大分子为饱和结构，激发能高，并不吸收可见光，引起木材热变色的主要原因是木素结构变化和抽提物结构变化。木材发色体系是木素及抽提物等成分中发色基团和助色基团以多种形式结合在可见光谱区域具有吸收的复杂的化学结构体系。发色体系不同，形成了木材颜色的差异。不同树种木素结构不同、抽提物成分各异，在热诱发变色过程中可形成不同的发色体系。依据热诱发变色过程中木素和抽提物成分结构变化的机理以及木材发色体系形成特点来调控热诱发变色过程，可使普通木材获得高价值树种木材所特有的深色调，可为次生林以及人工林的高值化应用提供新的途径。利用木材易于受热、湿等外界因素影响而发生颜色改变的特征，将木材变色引入木材颜色调整是一种木材颜色优化研究的新领域，对木材的科学加工与高效利用具有重要的意义。

木材热处理是高效利用木材的有效物理手段，它可以提高木材的尺寸稳定性，改善木材的耐腐性、耐候性等性能；同时，木材热处理不添加任何化学成分，安全环保：通过调整热处理温度和热处理时间，能获得不同颜色的热处理木材，颜色美观、耐久，内外一致。热处理木材表面呈现浅棕色至深褐色，颜色均匀柔和，色差较天然木材小，保持时问长，且表面光滑。甚至可以模仿珍贵木材，从而实现产品品种的多样化，提高其附加值。木材热处理将极大地促进人工林木材的使用范围，目前一些大型的墙壁骨架、门窗及船舶家具、木栅栏、房屋建筑中都在大量地应用。热处理木材因其外观优美、质地良好而成为制造地板的绝佳材料。木材热处理技术为我国人工林木材的劣材优用提供了更大的潜在市场机会。我国建筑业作为支柱产业之一，必然需要大量的建筑用装饰材料以及家具制作材料，所以开发热处理木材在我国拥有的市场潜力很大。因此，不论是从对外贸易，还是从对人们身体健康及环境保护，都应大力发展无化学药剂处理的木材制品，相信在不久的将来，这一符合环境与发展资源理念的新型材料，在国家的经济建设中将发挥重要作用。可部分替代珍贵阔叶树材，用于制造室内外家具。1

热诱发变色的化学机理在较高的干燥温度下，木材颜色会发生变化。高建民等对三角枫诱发变色的研究结果表明：木材组分中的抽提物是木材产生热诱发变色的主要内在因素。高温、高湿条件下，木材组分中的水溶性抽提物(如多酚类物质和单宁等)发生反应(主要是氧化反应)，使木材变色。此外，高建民、赵敏等人研究表明：作为木材三大组分之一的木素也是引起木材热诱发变色的重要内在因素。刺槐木质素受热后紫外光谱图中具有K带、B带和R带吸收，并且受热后曲线总体上移，吸光系数增加；在模拟干燥条件下，木素C5位有缩合反应发生而使木素共轭体系延长，木素受热后α-O-4结构发生断裂使酚羟基增加，共轭芳酮结构(α-羰基)吸收增强，这些因素导致木质素颜色变深，进而导致刺槐木材颜色变深。

在研究枫桦热诱发变色机理时发现，热诱发变色后枫桦木材颜色的加深是由于木材中抽提物组分或木素发生氧化反应，形成新的羰基、羧基、酯基和酮基等发色基团，这些基团的共轭连接在可见光区产生强而宽的吸收带，导致热诱发变色过程中枫桦颜色的加深。通过研究抽提物在木材热诱发变色过程中的影响，发现二氧六环可以作为研究刺槐热变色机理的理想溶剂，在其抽提物中含有大量的黄酮类、可水解鞣质和香豆素等成分，这些成分在受热后结构发生改变是导致木材受热后变色的重要原因。120℃下加热处理时，刺槐木素β-芳基醚键断裂，形成木素缩合产物，木素的酚型β-芳基醚键发生均裂，木素分子中形成自由基结构，并进一步形成缩合产物，以及和多糖形成交织共聚物。1

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学