染料紫檀木材研究與應用論述

李文珠 趙磊 江文正 鄭峰

摘? 要：文章通過對染料紫檀木材在構造特征、化學性質和材質改進等方面的分析，結合當前染料紫檀木材貿易和加工利用的最新進展，為染料紫檀研究開發應用提供理論參考。并建議從資源保護和市場規范等方面入手，加強對染料紫檀木材的科學認識和合理利用，開展加強不同產地染料紫檀材性和加工技術的研究，提升制品品質，合理利用加工剩余物，提高材料綜合利用率。

關鍵詞：染料紫檀;木材構造;化學性質;材質改進;論述

Abstract： The structural characteristics， chemical properties， and material improvement of Pterocarpus tinctoricus is analyzed， and based on the progress in the current trading and processing of Pterocarpus tinctoricus products， theoretical guidelines are advanced for the application research and development of Pterocarpus tinctoricus， and its scientific understanding and utilization are also reasonably proposed considering the resource protection and market regulations. In this work， researches are recommended to focus on the properties and processing technologies of Pterocarpus tinctoricus of different places of origin， to make the most of Pterocarpus tinctoricus and its processing residues， thus ensuring comprehensive utilization of Pterocarpus tinctoricus materials and products quality.

引言

目前市場上流通銷售的染料紫檀Pterocarpus tinctorius（俗稱血檀）主要產自贊比亞、莫桑比克、剛果、坦桑尼亞等非洲中南部[1-2]。染料紫檀自2010年開始進入中國，經歷了價格的巨大波動，這也使得染料紫檀的貿易受到沖擊[3]。

染料紫檀歸屬紫檀屬，是非洲熱帶木材，也是變色紫檀的別稱[4]，染料紫檀木材基本符合GB/T 18107-2017《紅木》[5]特征要求，是優質家具用材。本文通過對染料紫檀木材的構造、性能、材質改進和應用等方面的研究概述，為染料紫檀木材的科學認識和合理利用提供理論參考。

1 木材構造特征

木材構造直接影響木材物理、力學、化學、生物和環境學等性質，要正確識別鑒定木材，從而合理利用木材，首先必須掌握木材的構造特征。木材構造特征一般分為宏觀構造特征和微觀構造特征。

1.1 木材宏觀構造特征

木材的宏觀特征是識別木材的基礎特征，通過肉眼觀察木材的心邊材、顏色、光澤、紋理、花紋和波痕等特征，采用感官識別獲得氣味、滋味、輕重和軟硬等特征，還可以借助放大鏡觀察生長輪、管孔、木射線和軸向薄壁組織等的形狀和排列特征。

1.1.1 心邊材

染料紫檀木材心邊材顏色區別明顯，且邊材較心材窄，在加工利用時只取心材部分，邊材俗稱為白邊。對染料紫檀木材的生長、邊心材區別及轉變過程的研究，探索復雜的生物化學機理，可為染料紫檀樹木采伐、樹木生長調節、提高木材利用率等提供理論參考。

1.1.2 生長輪

染料紫檀產于全年氣候變化小的熱帶，樹木隨著雨季和旱季交替不間斷生長，因此在一年中可能形成若干個生長輪。通過對染料紫檀木材生長輪的密度[6]、形狀、管孔大小和分布情況等構造特征研究，可以獲得樹木年代學、樹木構造與氣候關系等生物木材學[7]方面的信息，為木材識別、利用與材性研究等提供理論參考。

1.1.3 輔助宏觀特征

木材的顏色、氣味、光澤、紋理和結構等特征通常變化比較大，在木材識別和加工利用中也常作為重點進行研究。

染料紫檀木材心材細胞壁中含有色素、樹膠和油脂等抽提物[8]，色素使木材呈現的不同顏色，并可提取用作染料，樹膠和油脂常為有機揮發性物質，使木材散發氣味。受各種因素的影響，沉積物會發生變化，新切面木材多為磚紅或鮮紅色，放久后變為紫紅或暗紅色。同時染料紫檀木材中組成細胞形狀、分布和排列等特征，在木材不同樹齡、不同部位和不同切面上表現出不同紋理和結構特征。

通過對不同產地的染料紫檀木材的輔助宏觀特征的比對研究，為準確進行染料紫檀木材鑒別提供資料。同時還可進一步對抽提物的提取和組分分析，為合理利用和保護染料紫檀木材資源提供參考。

1.2 木材微觀構造特征

要準確識別木材還進行微觀構造特征觀察。顏志成等[9]通過染料紫檀（血檀）的木材名稱、宏觀和微觀構造特征、木材性質和用途等的分析，指出染料紫檀和檀香紫檀為同屬不同種木材。此外，木纖維的形狀、數量和分布與木材的力學性能密切相關，對染料紫檀木材進行分子離析和組織比量研究也很有必要。

1.3 木材構造與木材花紋

研究染料紫檀木材花紋形成機理，選擇鋸切加工方式，利用美學原理搭配木材花紋，可以充分體現木材的自然美，提高木材利用水平，提升藝術觀賞價值。

1.4 木材構造與材性的關系

木材是多孔性材料，細胞腔中沉積物對木材的耐腐性、滲透性和干燥處理也有明顯的影響，木材的構造還決定了木材的各向異性。劉嘉慧等[10]對非洲血檀進行高溫熱處理，探究熱處理對其尺寸穩定性的影響，高溫熱處理可以有效地降低木材吸濕性，提高尺寸穩定性，抽提物總量減少。

1.5 木材構造與利用的關系

染料紫檀木材具有深紅至紫紅材色，由生長輪、不同色素、軸向薄壁組織和各種紋理構成的木材花紋豐富美觀，木材穩定性好、強重比高以及優良的環境學特性，均符合家具和室內裝修要求，制作的深色名貴家具深受青睞。因此研究木材構造、物理、力學、化學和環境學性質，根據適用性合理選用木材具有重要的現實意義[11]。

2 木材化學性質

2.1 木材化學組分分析

木材的化學組成、含量和分布決定了木材的化學性質，不同樹種木材化學成分有顯著差異，特別是木材抽提成分在木材資源利用和木材鑒定上都有重要的意義，可以通過化學組分分析為木材鑒定提供參考。

劉嘉慧等[12]利用氣質聯用（GC-MS）對經高溫熱處理的小葉紫檀和非洲血檀的苯醇抽提物進行分析，探究熱對尺寸穩定性處理和抽提物的影響，兩種木材的總離子流譜圖具有鮮明的特征，可以為鑒別提供依據。梅萍等[13]也采用氣質聯用GC-MS技術鑒別檀香紫檀和染料紫檀2種木材，選擇優化最佳條件，能快速、準確地進行微損鑒別。陳碧瑩等[14]采用核磁共振氫譜（1HNMR）對染料紫檀（血檀）的甲醇超聲波提取液進行檢測分析，并結合聚類分析法、主成分分析法（PCA）和偏最小二乘判別分析法（PLS-DA）等模式識別方法進行快速鑒別。劉波等[15]利用熒光分析法對染料紫檀等6種紫檀屬木材進行熒光性能標準化和定量檢測，可以輔助解剖學識別方法，提高紫檀屬木材的鑒定水平。劉衡等[16]采用熱裂解-氣相色譜-質譜（PY-GC-MS）和薄層色譜（TLC）法，鑒別檀香紫檀與染料紫檀，其中低溫快速度裂解鑒別精度高，適用于珍貴文物、高檔家具的鑒定，而TLC用于木材樹種鑒定還需要輔助其他手段。

木材化學組成還受生態環境、樹齡、部位和解剖分子等因素影響，有必要選擇不同產地、不同樹齡、不同部位等染料紫檀木材試樣進行研究與分析。

2.2 木材化學性質研究

木材由多種化學物質組成，通過對木材化學性質的研究，運用木材化學理論指導木材的保護和利用。

2.2.1 木材生物化學性能

基于木材的生物學特性，近年來研究者利用DNA方法進行木材識別與鑒定[17]，但受木材部位、加工處理和內含微生物等的干擾，木材DNA提取非常困難，目前僅處于研究階段。染料紫檀在采伐后主要取用心材部分，邊材部分基本去除了，而心材中的DNA含量少且降解嚴重，因此DNA方法還不宜采用。

染料紫檀木材心材較邊材耐腐，這可能是心材部分結構致密，且木材中的抽提物對真菌和有害生物具有抵抗作用，具體的原因有待進一步研究探討。

2.2.2 木材熱解特性

近年來，在對染料紫檀木材干燥和尺寸穩定性處理上有采用煮蠟工藝，需要控制適當的溫度，防止木材受熱作用后其中的化學組成發生變化，從而導致木材的理化性能和機械強度降低，甚至發生分解反應。

此外，可通過染料紫檀木材燃燒特性的研究，為開發木材加工剩余物和木屑等作為生物質燃料開發利用提供理論參考。

2.2.3 木材耐化學藥物性能

在木材加工利用過程中根據需要可以進行適當的選擇和控制。如高溫高壓下熱水使木材中的乙酰基被水解生成乙酸，影響木材的構造和性能，在染料紫檀木材干燥工藝中的應用值得研究。

2.3 木材化學組成與材性的關系

木材化學組成是影響木材材性的重要因素，不管是組成細胞壁的三大主要物質還是少量的抽提物，都對木材的物理、力學和生物學等性能有明顯的影響。

在染料紫檀木材加工利用中發現心材中抽提物含量高對材質均勻性、干燥工藝和切削加工等都有很大影響。

3 材質改進和木材干燥

染料紫檀木材利用中往往需要密度大、強度高、紋理通直、結構均勻、尺寸穩定的優質材，在實際生產中可以對木材進行優選和分等，做到優材優用，材盡其用，提高資源綜合利用率。

3.1 材質改進

為了更好地保護染料紫檀木材資源，合理利用，提高家具和制品的品質，今后應該加強木材改良包括對木材保護和木材功能化研究和開發。

3.2 木材干燥

木材干燥是木材資源綜合利用和提高木制品質量的關鍵，對染料紫檀木材干燥理論、技術和設備的研究是熱點和難點。

4 染料紫檀木材貿易與應用現狀

霄迪[18]認為染料紫檀的木材特征符合紅木中紫檀木類的必備條件，但行業內對其歸屬還存在分歧，有必要進行明確。

謝谷[19]指出了染料紫檀從進入國內開始，就為家具及家具類收藏市場帶來一場真偽難辨的沖擊。染料紫檀制作的家具具備了藏家原本用來確認紫檀的一些特征，染料紫檀冒充檀香紫檀的現象非常嚴重，需要有科學的鑒定方法和標準引入市場，規范市場。

2019年8月在瑞士日內瓦召開的《瀕危野生動植物種國際貿易公約》（CITES公約）第18屆締約方大會上，將染料紫檀列入附錄Ⅱ的提案獲得會議一致通過，并將在2019年11月26日生效[20]。

5 建議與展望

染料紫檀進入中國經歷了一些波折，現實也的確存在非法砍伐、市場混亂、鑒別困難等問題，需要在資源保護和市場規范等方面入手，加強對染料紫檀木材的科學認識和合理利用。通過對染料紫檀在構造、性能、改良及市場貿易等方面的研究綜述，結合當前染料紫檀加工利用的最新進展，建議需要在資源保護和市場規范等方面入手，加強對染料紫檀木材的科學認識和合理利用，加強不同產地染料紫檀材性和加工技術的研究，合理利用加工剩余物，提高材料綜合利用率和制品品質。

（1）針對染料紫檀無序砍伐和非法貿易的情況，我國是CITES公約締約國之一，要在木材貿易和加工行業內加強CITES公約的宣傳，履行進口許可證管理制度，規避風險，避免使用非法來源的染料紫檀，規范木材貿易，保護染料紫檀資源可持續采伐利用。如浙江省紅木研究會作為專業性的社會團體，其主要任務就是協助政府部門加強紅木資源管理，特別是其下設的染料紫檀研究中心有義務組織培訓，提供信息，指導木材合法貿易工作，引導自覺履行公約。

（2）染料紫檀依賴非洲進口，而非洲原木非法貿易率高，在全球加強打擊木材非法貿易的背景下，原木進口商要重視原木合法認證，逐步建立木材合法論證體系，制訂相關技術法規、標準以及合格性評定等，保證和提高進口染料紫檀原木的質量要求。特別是在“一帶一路”政策下，鼓勵企業適時走出去，到非洲設立加工廠，建立原材料供應基地，穩定的原料供應鏈，也有利于充分合理地利用木材資源，解決生產與使用之間的矛盾。

（3）目前對染料紫檀的研究主要集中在利用現代分析儀器進行化學檢測分析，為探究科學、微損、快速的檢測方法提供理論依據。繼續加強木材檢驗檢測方法的研究，探索完善現場快速檢測方法和標準，提升木材樹種鑒別能力。

（4）加強不同產地染料紫檀材性和加工技術的研究，

提升產品質量，并充分利用加工剩余物，提高科技水平和木材綜合利用率和制品品質。積極探索開展人工林栽培和天然林修復，保護采伐地森林生態環境和生物多樣性，為我國木材加工提供可持續資源。

參考文獻：

[1]顏志成，陳輝.冠以“紫檀”名稱的紅木類木材研究[J].質量技術監督研究，2013（1）：25-29.

[2]霄迪.市場上與紫檀易混淆的木材[J].家具，2010（4）：70-72.

[3]谷儒堂，杜慶生，楊勁松.染料紫檀（血檀）進口現狀及對策建議[J].河北林業科技，2016（2）：44-46.

[4]GB/T18513-2001，中國主要進口木材名稱[S].北京：中國標準出版社，2001.

[5]GB/T18107-2017，紅木[S].北京：中國標準出版社，2017.

[6]劉一星，戴澄月.軟X-射線法測定木材生長輪密度的研究[J].林業科學，1990（06）：533-539.

[7]李堅，欒樹杰，等.生物木材學[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，1993.

[8]彭萬喜，李凱夫，武書彬.木材抽提物滲透屏障原理[M].北京：化學工業出版社，2010.

[9]顏志成，陳瀠.檀香紫檀和染料紫檀木材研究[J].質量技術監督研究，2015（4）：21-24.

[10]劉嘉慧，錢京，邱墅，等.熱處理對四種名貴硬木尺寸穩定性的影響[J].科技經濟導刊，2016（28）：1-4.

[11]李堅，趙榮軍.木材-環境與人類[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，2002.

[12]劉嘉慧，錢京，邱墅，等.小葉紫檀和非洲血檀熱處理材尺寸穩定性及抽提物研究[J].林產工業，2016，43（10）：15-19.

[13]梅萍，夏兆鵬，張耀，等.檀香紫檀和染料紫檀快速微損鑒別方法[J].福建農林大學學報，2017，46（2）：154-158.

[14]陳碧瑩，廖世莉，吳霞，等.基于核磁共振氫譜及偏小二乘判別分析法的紅木快速識別模型的建立與應用[J].分析測試學報，2019，38（2）：134-140.

[15]劉波，鄔瑞東，盧蕓，等.紫檀屬木材熒光性能種間差異和心邊材差異[J].木材工業，2019，33（3）：14-18.

[16]劉衡，馬若克，劉志高，等.熱裂解-氣相色譜-質譜和薄層色譜法鑒別檀香紫檀木材與染料紫檀木材[J].木材工業，2019，33（4）：22-26.

[17]Tuo He，Li chao Jiao，Alex C. Wiedenhoeft， Yafang Yin. Machine learning approaches outperform distance? and tree based methods for DNA barcoding of Pterocarpus wood[J]. Planta，（2019）249：1617-1625.

[18]霄迪.關于紅木國家標準修訂的建議[J].家具與室內裝飾，2016（6）：94-95.

[19]謝谷.血檀沖擊波，讓紫檀市場無解[J].收藏，2015（21）：162-167.

[20]焦立超，何拓，尹立蘋，等.第18屆CITES締約方大會木材樹種管制變化[J].木材工業，2019，33（6）：24-28.